KR20080072872A

KR20080072872A - 미소 기전 시스템 기기를 위한 확산 장벽층

Info

Publication number: KR20080072872A
Application number: KR1020087012655A
Authority: KR
Inventors: 친-푸 왕; 밍-하우 퉁; 스테픈 지
Original assignee: 아이디씨 엘엘씨
Priority date: 2005-10-28
Filing date: 2006-10-19
Publication date: 2008-08-07
Also published as: US20070096300A1; JP2013178531A; CN102608754A; WO2007053308A2; WO2007053308A3; CN101305308A; EP1941316A2; US20120086998A1; JP2009513372A; CN101305308B; US8085458B2; US7630114B2; TW200720183A; US20100046058A1

Abstract

본 발명은 미소 기전 시스템(MEMS) 기기 내의 금속층들 사이에 확산 장벽층을 사용하는 것이다. 본 발명의 확산 장벽층은, 바람직한 물리적 특성을 변경시키거나 공정을 복잡하게 할 수 있는 2개의 층 간의 혼합을 방지한다. 하나의 특징으로서, 확산 장벽층은 간섭계 변조기 내의 이동가능한 반사성 구조체의 일부로서 사용될 수 있다.

Description

미소 기전 시스템 기기를 위한 확산 장벽층{DIFFUSION BARRIER LAYER FOR MEMS DEVICES}

본 발명은, 미소 기전 시스템(MEMS: microelectromechanical systems) 기기에서 금속층들 사이에 확산 장벽층을 사용하는 것에 관한 것이다.

미소 기전 시스템(MEMS)은 미소 기계 소자, 액추에이터, 및 전자 기기를 포함한다. 미소 기계 소자는 기판의 일부 및/또는 적층된 재료 층을 에칭으로 제거하거나 전기 및 기전 기기를 만들기 위해 층을 부가하는 적층, 에칭 및/또는 그 밖의 기타 미소 기계 가공 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 미소 기전 시스템 기기의 한 형태로서 간섭계 변조기(interferometric modulator)가 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 간섭계 변조기 또는 간섭계 광 변조기라는 용어는 광학적 간섭의 원리를 이용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 기기를 말한다. 소정의 실시예에서, 간섭계 변조기는 한 쌍의 도전성 플레이트를 포함할 수 있으며, 이들 플레이트 중 하나 또는 양자는, 전체적으로 또는 부분적으로 투명성 또는 반사성, 또는 투명성과 반사성 모두를 가지고 있을 수 있고, 적절한 전기 신호가 인가되면 상대적 이동이 가능하다. 소정의 실시예에서, 플레이트 중 하나는 기판상에 적층된 고정 층을 포함하여 구성되고, 다른 하나의 플레이트는 상기 고정 층 으로부터 에어 갭에 의해 분리되어 있는 금속 멤브레인(metallic membrane)을 포함하여 구성될 수 있다. 더 상세하게 말하면, 하나의 플레이트에 대한 다른 플레이트의 위치에 의해, 간섭계 변조기에 입사하는 광의 광학적 간섭이 변화할 수 있다. 이러한 미소 기전 시스템 기기는 그 응용 분야가 넓고, 이러한 형태의 기기의 특성을 활용 및/또는 개조하여, 그 특성이 기존의 제품을 개선하고 개발될 새로운 제품을 창출하는 데에 이용될 수 있도록 하는 것이 해당 기술분야에 매우 유익할 것이다.

본 명세서에서 개시하는 일실시예는, 기계적인 멤브레인을 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS: microelectromechanical systems) 기기로서, 이 기계적인 멤브레인은, 제1 금속층, 제2 금속층, 및 제1 금속층과 제2 금속층 사이에 배치되며, 제1 금속층의 어떠한 부분도 제2 금속층의 어떠한 부분과 혼합되는 것을 실질적으로 방지하는 확산 장벽층을 구비하는 미소 기전 시스템 기기를 포함한다.

본 명세서에서 개시하는 다른 실시예는, 기계적인 멤브레인을 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS) 기기에서, 제1 금속층의 어떠한 부분도 제2 금속층의 어떠한 부분과 혼합되는 것을 실질적으로 방지하기 위하여, 제1 금속층과 제2 금속층 사이에 확산 장벽층을 배치하는 단계를 구비하는 혼합 방지 방법을 포함한다.

본 명세서에서 개시하는 다른 실시예는, 미소 기전 시스템(MEMS) 기기를 제조하는 방법으로서, 제1 금속층을 증착하는 단계, 제1 금속층 상에 확산 장벽층을 증착하는 단계, 확산 장벽층 상에 제2 금속층을 증착하는 단계, 및 제1 금속층, 확산 장벽층, 및 제2 금속층을 동일한 패턴으로 에칭하는 단계를 포함하며, 확산 장벽층은 제1 금속층의 어떠한 부분도 제2 금속층의 어떠한 부분과 혼합되는 것을 실질적으로 방지하는 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법을 포함한다.

본 명세서에서 개시하는 다른 실시예는 앞서 설명한 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법에 의해 생성되는, 기계적인 멤브레인을 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS) 기기를 포함한다.

본 명세서에서 개시하는 다른 실시예는, 이동가능한 반사층을 구비하는 간섭계 변조기로서, 이동가능한 반사층은, 미러, 미러에 인접해서 배치되며 미러를 기계적으로 지지하는 기계적인 층, 및 미러와 기계적인 층 사이에 배치되며 미러의 어떠한 부분도 기계적인 층의 어떠한 부분과 혼합되는 것을 실질적으로 방지하는 확산 장벽을 구비하는 간섭계 변조기를 포함한다.

본 명세서에서 개시하는 다른 실시예는, 이동가능한 반사층을 구비하는 간섭계 변조기로서, 이동가능한 반사층은, 광을 반사하기 위한 반사 수단, 반사 수단을 기계적으로 지지하기 위한 기계적 지지 수단, 및 반사 수단과 기계적 지지 수단 사이에서의 확산을 방지하기 위한 확산 장벽 수단을 구비하는 간섭계 변조기를 포함한다.

본 명세서에서 개시하는 다른 실시예는, 간섭계 변조기를 제조하는 방법으로서, 제1 금속층을 증착하는 단계, 제1 금속층 상에 확산 장벽층을 증착하는 단계, 확산 장벽층 상에 제2 금속층을 증착하는 단계, 및 제2 금속층, 확산 장벽층, 및 제1 금속층을 동일한 패턴으로 에칭하는 단계를 포함하며, 확산 장벽층은 제1 금속층의 어떠한 부분도 제2 금속층의 어떠한 부분과 혼합되는 것을 실질적으로 방지하는, 간섭계 변조기의 제조 방법을 포함한다.

본 명세서에서 개시하는 다른 실시예는, 앞서 설명한 간섭기 변조기의 제조 방법에 의해 생성된 간섭기 변조기를 포함한다.

본 명세서에서 개시하는 다른 실시예는, 바람직한 인장 응력을 갖는 미소 기전 시스템(MEMS) 기기에 이동가능한 전극을 제조하는 방법으로서, 이동가능한 전극에 대한 바람직한 인장 응력 또는 인장 응력의 범위를 정하는 단계, 인장 응력을 갖는 재료를 포함하는 하나 이상의 층을 형성하는 단계, 인장 응력을 갖는 재료에 인접해서 압축 응력을 갖는 재료를 포함하는 하나 이상의 층을 형성하는 단계를 포함하며, 압축 응력과 인장 응력의 조합에 의해, 이동가능한 전극에 대한 바람직한 인장 응력 또는 인장 응력의 범위를 제공하는, 이동가능한 전극의 제조 방법을 포함한다.

본 명세서에서 개시하는 다른 실시예는 이동가능한 전극의 제조 방법에 의해 제조된 이동가능한 전극을 갖는 미소 기전 시스템(MEMS) 기기를 포함한다.

본 명세서에서 개시하는 다른 실시예는, 미소 기전 시스템(MEMS) 구조체 내의 기계적인 멤브레인에 전기장을 인가함으로써, 기계적인 멤브레인이 전기장에 따라 이동하게 되는 단계를 포함하는 미소 기전 시스템(MEMS) 구조체를 작동시키는 방법으로서, 기계적인 멤브레인은 제1 재료 층, 제2 재료 층, 및 제1 재료 층과 제2 재료 층 사이에 배치되는 확산 장벽층을 포함하고, 확산 장벽층은 제1 재료 층의 어떠한 부분도 제2 재료 층의 어떠한 부분과 혼합되는 것을 실질적으로 방지하도록 되어 있다.

도 1은 간섭계 변조기 디스플레이의 일실시예의 일부를 나타내는 등각 투상도로서, 여기서는 제1 간섭계 변조기의 이동가능한 반사층이 해제 위치에 있고, 제2 간섭계 변조기의 이동가능한 반사층이 작동 위치에 있는 것을 나타낸다.

도 2는 3×3 간섭계 변조기 디스플레이를 구비하는 전자 기기의 일실시예를 나타내는 시스템 블록도이다.

도 3은, 도 1의 간섭계 변조기의 일실시예에서, 인가되는 전압에 대한 이동가능한 미러의 위치를 나타내는 도면이다.

도 4는 간섭계 변조기 디스플레이를 구동시키는데 이용될 수 있는 일련의 수평열 전압 및 수직열 전압을 나타내는 도면이다.

도 5a는 도 2의 3×3 간섭계 변조기 디스플레이에 디스플레이 데이터의 프레임의 일례를 나타내는 도면이다.

도 5b는 도 5a의 프레임을 기록하는데 이용될 수 있는 수평열 신호 및 수직열 신호의 타이밍도의 일례를 나타내는 도면이다.

도 6a 및 도 6b는 다수의 간섭계 변조기를 구비하는 영상 디스플레이 기기의 실시예를 나타내는 시스템 블록도이다.

도 7a는 도 1에 도시한 간섭계 변조기 디스플레이 기기의 단면도이다.

도 7b는 간섭계 변조기의 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 7c는 간섭계 변조기의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 7d는 간섭계 변조기의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 7e는 간섭계 변조기의 또 다른 실시예를 나타내는 단면도이다.

도 8은 릴리스 에칭(release etch) 이전의 간섭계 변조기를 나타내는 단면도이다.

도 9a는 릴리스 에칭 이전의 확산 장벽층을 포함하는 간섭계 변조기를 나타내는 단면도이다.

도 9b는 릴리스 에칭 이후의 확산 장벽층을 포함하는 간섭계 변조기를 나타내는 단면도이다.

도 10은 확산 장벽층을 가진 MEMS 구조체의 제조를 위한 공정을 나타내는 흐름도이다.

도 11은 복합 MEMS 구조체에서 인장 응력을 조절하기 위한 공정 면의 전자현미경 사진이다.

도 12는 Al/Cr로 된 이동가능한 반사층을 가진 간섭계 변조기의 공정 면의 전자현미경 사진이다.

도 13a는 Al/SiO₂/Cr로 된 이동가능한 반사층을 가진 간섭계 변조기의 공정 면의 전자현미경 사진이다.

도 13b는 도 13a의 간섭계 변조기의 유리 면을 나타내는 전자현미경 사진이다.

도 14a는 비작동 상태에 있는 도 13a 및 13b의 간섭계 변조기를 나타내는 전 자현미경 사진이다.

도 14b는 작동 상태에 있는 도 13a 및 13b의 간섭계 변조기를 나타내는 전자현미경 사진이다.

도 15a는 Al/SiO₂/Cr로 된 이동가능한 반사층을 가진 다른 간섭계 변조기를 50배로 확대한 전자현미경 사진이다.

도 15b는 도 15a의 간섭계 변조기를 2000배로 확대한 전자현미경 사진이다.

도 16a는 비작동 상태에 있는 도 15a 및 15b의 간섭계 변조기를 나타내는 전자현미경 사진이다.

도 16b는 작동 상태에 있는 도 15a 및 15b의 간섭계 변조기를 나타내는 전자현미경 사진이다.

도 17은 도 15a 및 15b의 간섭계 변조기의 전압의 함수로서의 광학 응답을 나타내는 그래프이다.

도 18a는 릴리스 에칭 이전에 Al/SiO₂/Cr로 된 이동가능한 반사층을 가진 다른 간섭계 변조기를 나타내는 전자현미경 사진이다.

도 18b는 릴리스 에칭 이후의 도 18a의 간섭계 변조기를 나타내는 전자현미경 사진이다.

이하, 본 발명의 소정의 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 다른 방법과 방식으로 구현될 수 있다. 이하의 설명에서, 도면 이 참조되는데, 전체 도면에 걸쳐 동일한 부분에 대해 동일한 번호가 사용된다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명은, 동화상(예컨대, 비디오)이든 정지화상(예컨대, 스틸 이미지)이든, 또는 텍스트이든 그림이든, 이미지를 디스플레이하도록 구성된 것이라면 어떠한 기기에도 구현될 수 있다. 더 상세하게 말하면, 본 발명은, 예컨대 이동전화기, 무선 기기, 개인 휴대용 정보 단말기(PDA), 손에 들고다니거나 휴대할 수 있는 컴퓨터, GPS 수신기/네비게이터, 카메라, MP3 플레이어, 캠코더, 게임 콘솔, 손목 시계, 시계, 계산기, 텔레비전 모니터, 평판 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 자동차 디스플레이(예컨대, 주행 거리계 디스플레이), 조종석 제어 장치 및/또는 디스플레이, 감시 카메라의 디스플레이(예컨대, 자동차에서의 후방 감시 카메라의 디스플레이), 전자 사진, 전자 게시판 또는 전자 표시기, 프로젝터, 건축 구조물, 포장물, 및 미적 구조물(예컨대, 보석의 이미지 디스플레이) 등과 같은 다양한 전자 기기에 또는 이와 결합하여 구현될 수 있으며, 상기 언급한 예에 한정되지 않는다. 또한, 여기서 개시한 미소 기전 시스템(MEMS) 기기와 유사한 구조의 기기를 전자 스위칭 기기와 같은 비(非)디스플레이 분야에 사용할 수도 있다.

많은 MEMS 기기에서는, 서로 이웃하는 금속층을 갖는 구조체가 설치된다. 이들 이웃하는 층들은, 예컨대 금속 합금을 만들기 위해 이러한 층들 사이의 계면에서 금속의 혼합과 같은 고유의 문제가 생길 수 있다. 이러한 금속 합금은, 구조체의 물리적 특성을 변경시킬 수 있다. 또한, 금속 합금은 제조 과정을 복잡하게 할 수 있는데, 이는 금속 합금이 에칭제(etchants)에 대해, 순수한 금속이 반응하 는 것과 동일하게 반응하지 않기 때문이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 확산 장벽층(diffusion barrier layer)은, 금속성의 층간 확산(metallic interdiffusion)을 방지해서, MEMS 기기에서 복합 금속층의 사용을 확대하고 개선하는데 사용된다. 실시예에서, 확산 장벽층은, 간섭계 변조기 내의 기계적 층과 반사층의 중간으로서, 특히 크롬으로 된 기계적 층과 알루미늄으로 된 반사층의 중간이다.

간섭계 미소 기전 시스템(MEMS) 디스플레이 소자를 구비하는 간섭계 변조기 디스플레이의 일례를 도 1에 나타낸다. 이러한 디스플레이 기기에서, 픽셀은 밝은 상태 또는 어두운 상태 중 하나의 상태로 된다. 밝은 상태("온 상태" 또는 "개방 상태")에서는, 디스플레이 소자가, 입사되는 가시광의 대부분을 사용자에게 반사한다. 어두운 상태("오프 상태" 또는 "폐쇄 상태")에서는, 디스플레이 소자가, 입사되는 가시광을 사용자에게 거의 반사하지 않는다. 실시예에 따라서는, "온 상태"와 "오프 상태"의 광 반사 특성이 반대로 바뀔 수도 있다. 미소 기전 시스템(MEMS) 픽셀은, 흑백뿐 아니라, 선택된 컬러를 주로 반사하여 컬러 디스플레이도 가능하도록 구성될 수 있다.

도 1은 영상 디스플레이의 일련의 픽셀 중 인접하는 두 개의 픽셀을 나타내는 등각 투영도이다. 이들 픽셀은 각각 미소 기전 시스템(MEMS) 간섭계 변조기를 포함하여 구성된다. 몇몇 실시예에서, 간섭계 변조기 디스플레이는 이들 간섭계 변조기들의 행렬 어레이를 포함하여 구성된다. 각각의 간섭계 변조기는, 적어도 하나의 치수가 가변적인 공진(resonant)용의 광학 캐비티를 형성하도록 서로 가변적이고 제어가능한 거리를 두고 배치되어 있는 한 쌍의 반사층을 포함한다. 일실 시예에서, 이 반사층들 중 하나가 두 개의 위치 사이에서 이동이 가능하다. 본 명세서에서 해방 위치라고 하는 제1 위치에서, 이동가능한 반사층은, 부분적으로 반사하는 고정된 층으로부터 비교적 멀리 떨어져서 위치한다. 본 명세서에서 작동 위치라고 하는 제2 위치에서, 이동가능한 반사층은, 부분적으로 반사하는 고정된 반사층에 보다 가까이 인접하여 위치한다. 두 개의 층으로부터 반사되는 입사광은, 이동가능한 반사층의 위치에 따라, 보강적으로 또는 상쇄적으로 간섭하여, 각 픽셀을 전체적으로 반사 상태 또는 비반사 상태로 만든다.

도 1에 도시된 부분의 픽셀 어레이는 인접한 두 개의 간섭계 변조기(12a, 12b)를 포함한다. 좌측에 있는 간섭계 변조기(12a)에서는, 이동가능한 반사층(14a)이 부분적으로 반사하는 층을 포함하는 광학 스택(16a)으로부터 소정의 거리를 두고 배치된 해방 위치에 있는 것이 도시되어 있다. 우측에 있는 간섭계 변조기(12b)에서는, 이동가능한 반사층(14b)이 광학 스택(16b)에 인접한 작동 위치에 있는 것이 도시되어 있다.

광학 스택(16a, 16b)[이를 총괄하여 표현할 때는 "광학 스택(16)"이라고 한다]은, 본 명세서에서 언급하고 있는 바와 같이, 통상적으로 몇 개의 층을 결합시킨 것이며, 이러한 층에는 인듐 주석 산화물(ITO) 등의 전극층, 크롬 등의 부분 반사 특성을 갖는 부분 반사층, 및 투명 유전체 등이 포함될 수 있다. 따라서, 광학 스택(16)은, 전기적으로 도전성을 띠며, 부분적으로 투명하고, 부분 반사 특성을 가지고 있으며, 예컨대 투명 기판(20) 상에 상기 언급한 층들 중 하나 이상을 적층시킴으로써 제조될 수 있다. 부분 반사층은, 금속, 반도체, 및 유전체 등과 같이 부분 반사 특성을 갖는 다양한 재료로 형성될 수 있다. 이 부분 반사층은, 하나 이상의 층들로 형성될 수 있으며, 이들 층의 각각은 단일의 재료 또는 이러한 재료를 조합해서 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서는, 광학 스택의 층을 패턴화하여 평행한 스트립으로 만들고, 이하에서 설명하는 바와 같이, 디스플레이 기기의 수평열 전극(row electrodes)을 형성해도 된다. 이동가능한 반사층(14a, 14b)은, 포스트(18)와 이 포스트(18)들 사이에 개재된 희생 재료(sacrificial material)의 표면에 적층된 하나 이상의 금속층[광학 스택(16a, 16b)의 수평열 전극에 직교]으로 된 일련의 평행한 스트립으로 형성될 수 있다. 희생 재료를 에칭에 의해 제거하면, 이동가능한 반사층(14a, 14b)이 광학 스택(16a, 16b)으로부터 미리 정해진 갭(19) 만큼 분리된다. 이동가능한 반사층(14)은 알루미늄과 같이 도전성과 반사성이 높은 재료를 이용하여 형성할 수 있고, 이것의 스트립은 디스플레이 기기의 수직열 전극(column electrodes)을 형성할 수 있다.

전압이 인가되지 않으면, 이동가능한 반사층(14a)과 광학 스택(16a)의 사이에 캐비티(19)가 그대로 유지되어, 도 1의 픽셀(12a)로서 나타낸 바와 같이, 이동가능한 반사층(14a)이 기계적으로 해방된 상태로 있게 된다. 그러나, 선택된 수평열과 수직열에 전위차가 인가되면, 해당하는 픽셀에서 수평열 전극과 수직열 전극이 교차하는 지점에 형성되는 커패시터가 충전되고, 이에 의하여 생기는 정전기력에 의해 이들 전극이 서로 끌어당기게 된다. 전압이 충분히 높다면, 이동가능한 반사층(14)이 변형되어, 광학 스택(16)에 접촉할 정도로 밀고 들어가게 된다. 광 학 스택(16) 내의 유전체 층(도 1에는 도시하지 않음)에 의해, 도 1의 우측에 있는 픽셀(12b)에 나타낸 바와 같이, 단락을 방지하고, 이동가능한 반사층(14)과 광학 스택(16) 사이의 이격 거리를 제어할 수 있다. 이러한 작용은 인가된 전위차의 극성에 관계없이 동일하다. 이러한 방식으로, 픽셀의 반사 상태와 비반사 상태를 제어할 수 있는 수평열/수직열 작동은, 종래의 액정 디스플레이(LCD) 등의 디스플레이 기술에서 사용되었던 방식과 여러 가지 면에서 유사하다.

도 2 내지 도 5b는 디스플레이 응용 분야에서 간섭계 변조기의 어레이를 이용하기 위한 방법 및 시스템의 일례를 보여준다.

도 2는 본 발명의 여러 특징을 구현할 수 있는 전자 기기의 일실시예를 나타낸 시스템 블록도이다. 본 실시예에서는, 전자 기기가 프로세서(21)를 포함한다. 이 프로세서(21)는, ARM, Pentium(등록상표), Pentium II(등록상표), Pentium III(등록상표), Pentium IV(등록상표), Pentium Pro(등록상표), 8051, MIPS(등록상표), Power PC(등록상표), ALPHA(등록상표) 등과 같은 범용의 단일 칩 또는 멀티 칩 마이크로프로세서, 또는 디지털 신호 처리기, 마이크로컨트롤러, 프로그래머블 게이트 어레이 등과 같은 특정 목적의 마이크로프로세서로 할 수 있다. 해당 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 프로세서(21)는 하나 이상의 소프트웨어 모듈을 실행하도록 구성될 수 있다. 프로세서는, 운영 체제를 실행시키는 것 외에도, 웹 브라우저, 전화 응용 프로그램, 이메일 프로그램, 또는 임의의 다른 소프트웨어 응용 프로그램을 포함하여, 하나 이상의 소프트웨어 응용 프로그램을 실행하도록 구성될 수 있다.

일실시예에서, 프로세서(21)는 또한 어레이 드라이버(22)와 통신하도록 구성되어 있다. 일실시예에서, 어레이 드라이버(22)는 디스플레이 어레이 또는 패널(30)에 신호를 제공하는 수평열 구동 회로(24) 및 수직열 구동 회로(26)를 포함한다. 도 2에서 선 1-1을 따라 절단한 어레이의 단면도를 나타낸 것이 도 1이다. 미소 기전 시스템(MEMS)의 간섭계 변조기에 대한 수평열/수직열 작동 프로토콜은, 도 3에 도시된 기기의 히스테리시스(hysteresis) 특성을 이용할 수 있다. 이동가능한 층을 해방 상태에서 작동 상태로 변형시키기 위해, 예컨대 10 볼트의 전위차를 필요로 할 수 있다. 그러나, 전압이 그 값으로부터 감소하는 경우, 전압이 10 볼트 이하로 떨어지더라도 이동가능한 층은 그 상태를 유지한다. 도 3의 실시예에서, 이동가능한 층은 전압이 2 볼트 밑으로 떨어질 때까지는 완전히 해방되지 않는다. 따라서, 기기가 해방 상태 또는 작동 상태 중 어느 하나의 상태에서 안정되는 인가 전압 영역이 존재하는 전압의 범위가 있다. 도 3에서는 약 3 볼트~7 볼트가 예시되어 있다. 이것을 본 명세서에서는 "히스테리시스 영역" 또는 "안정 영역"이라고 한다. 도 3의 히스테리시스 특성을 갖는 디스플레이 어레이의 경우, 수평열/수직열 작동 프로토콜은, 수평열 스트로브가 인가되는 동안에 스트로브가 인가된 수평열에 있는 픽셀들 중에서, 작동되어야 픽셀은 약 10 볼트의 전압차를 받고, 해방되어야 할 픽셀은 0(영) 볼트에 가까운 전압차를 받도록 설계될 수 있다. 스트로브를 인가한 후에는, 픽셀이 수평열 스트로브에 의해 어떠한 상태가 되었든지 간에 그 상태가 유지되도록 약 5 볼트의 정상 상태 전압차(steady state voltage difference)를 받는다. 각각의 픽셀은, 기록된 후에, 본 실시예에서 전위차가 3~7 볼트인 "안정 영역"의 범위 내에 있는 것으로 판단한다. 이러한 구성으로 인해, 기존의 작동 상태 또는 해방 상태 중 어느 하나의 상태에서 동일하게 인가된 전압 조건하에서, 도 1에 도시된 픽셀 설계가 안정적으로 된다. 간섭계 변조기의 각 픽셀은, 작동 상태로 있든 해방 상태로 있든, 본질적으로 고정된 반사층과 이동하는 반사층에 의해 형성되는 커패시터이기 때문에, 이 안정된 상태는 히스테리시스 영역 내의 전압에서 거의 전력 낭비 없이 유지될 수 있다. 인가 전위가 일정하면, 기본적으로 전류는 픽셀에 유입되지 않는다.

전형적인 응용예로서, 첫 번째 수평열에 있는 소정 세트의 작동 픽셀에 따라 수직열 전극의 세트를 어서팅(asserting)함으로써 디스플레이 프레임이 생성될 수 있다. 그런 다음, 수평열 펄스를 수평열 1의 전극에 인가하여, 어서트된 수직열 라인에 대응하는 픽셀들을 작동시킨다. 그 후, 어서트된 수직열 전극의 세트가 두 번째 수평열에 있는 소정 세트의 작동 픽셀에 대응하도록 변경된다. 그런 다음, 펄스를 수평열 2의 전극에 인가하여, 어서트된 수직열 전극에 따라 수평열 2에서의 해당하는 픽셀을 작동시킨다. 수평열 1의 픽셀들은 수평열 2의 펄스에 영향을 받지 않고, 수평열 1의 펄스 기간 동안 설정되었던 상태를 유지한다. 이러한 동작을 일련의 수평열 전체에 대해 순차적으로 반복하여 프레임을 생성할 수 있다. 일반적으로, 이러한 프레임은 초당 소정 수의 프레임에 대해 상기 처리를 연속적으로 반복함으로써 새로운 디스플레이 데이터로 리프레시(refresh) 및/또는 갱신된다. 픽셀 어레이의 수평열 전극 및 수직열 전극을 구동하여 디스플레이 프레임을 생성하기 위한 많은 다양한 프로토콜이 잘 알려져 있고, 이것들을 본 발명과 관련하여 사용할 수 있다.

도 4, 도 5a 및 도 5b는 도 2의 3×3 어레이에서 디스플레이 프레임을 생성하기 위한 작동 프로토콜의 예를 나타낸 것이다. 도 4는 도 3의 히스테리시스 곡선을 나타내는 픽셀에 사용될 수 있는 수직열 전압 레벨 및 수평열 전압 레벨 세트의 예를 보여준다. 도 4의 실시예에서, 픽셀을 작동시키기 위해, 해당 수직열은 -V_bias로 설정하고 해당 수평열은 +ΔV로 설정하며, 이들 수직열과 수평열의 전압은 각각 -5 볼트와 +5 볼트로 할 수 있다. 픽셀을 해방시키기 위해서는, 해당 수직열은 +V_bias로 설정하고 해당 수평열은 동일한 값의 +ΔV로 설정하여, 픽셀에 걸리는 전위차가 0(영) 볼트가 되도록 한다. 수평열의 전압이 0(영) 볼트로 유지되는 수평열에서는, 수직열이 +V_bias이든 -V_bias이든 관계없이, 픽셀이 원래 어떤 상태이었든지 간에 그 상태에서 안정된다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 언급한 것과 반대의 극성을 갖는 전압을 이용할 수 있다는 것도 알 수 있을 것이다. 예컨대, 픽셀의 작동은, 해당 수직열을 +V_bias로 설정하고, 해당 수평열을 -ΔV로 설정하는 과정을 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 픽셀을 해방시키기 위해서는, 해당 수직열을 -V_bias로 설정하고, 해당 수평열을 동일한 값의 -ΔV로 설정하여, 픽셀에 걸리는 전위차가 0 볼트가 되도록 한다.

도 5b는 도 2의 3×3 어레이에 부여되는 일련의 수평열 신호 및 수직열 신호를 타이밍도로 나타낸 것이며, 도 2의 3×3 어레이는, 결과적으로, 작동된 픽셀이 비반사성인 것을 나타내는 도 5a의 디스플레이 배열이 될 것이다. 도 5a에 도시된 프레임을 기록하기 전에, 픽셀은 어떤 상태로 되어 있어도 무방하다. 본 예에서는, 모든 수평열이 0(영) 볼트이고, 모든 수직열이 +5 볼트이다. 이러한 인가 전압으로, 모든 픽셀은 자신들의 원래의 작동 상태 또는 해방 상태로 안정되어 있다.

도 5a의 프레임에서, (1,1), (1,2), (2,2), (3,2) 및 (3,3)의 픽셀이 작동된다. 이를 구현하기 위해, 수평열 1에 대한 "라인 시간" 동안, 수직열 1과 수평열 2는 -5 볼트로 설정되고, 수직열 3은 +5 볼트로 설정된다. 모든 픽셀들이 3~7 볼트의 안정 영역 내에 있기 때문에, 어떤 픽셀의 상태도 변경되지 않는다. 다음으로, 수평열 1에 대하여, 0 볼트에서 최대 5 볼트까지 상승한 후 다시 0 볼트로 되돌아가는 펄스를 가진 스트로브가 인가된다. 이것은 (1,1) 및 (1,2)의 픽셀을 작동시키고, (1,3)의 픽셀을 해방시킨다. 어레이의 다른 픽셀들은 영향을 받지 않는다. 수평열 2를 원하는 대로 설정하기 위해, 수직열 2를 -5 볼트로 설정하고, 수직열 1 및 수직열 3은 +5 볼트로 설정한다. 동일한 스트로브를 수평열 2에 인가하면, (2,2)의 픽셀이 작동되고, (2,1) 및 (2,3)의 픽셀이 해방된다. 여전히, 어레이의 다른 픽셀들은 영향을 받지 않는다. 수직열 2 및 수직열 3을 -5 볼트로 설정하고 수직열 1을 +5 볼트로 설정함으로써, 수평열 3도 마찬가지의 방법으로 설정될 수 있다. 수평열 3에 대한 스트로브로 인해 수평열 3의 픽셀들도 도 5a에 도시된 바와 같이 설정된다. 프레임을 기록한 후에, 수평열 전위는 0(영)이고, 수직열 전위는 +5 볼트 또는 -5 볼트로 유지될 수 있으므로, 디스플레이는 도 5a의 배열로 안정된다. 동일한 과정이 수십 또는 수백 개의 수평열 및 수직열로 된 어레이에 대해서도 적용될 수 있다는 것은 잘 알 수 있을 것이다. 또한, 수평열 및 수직열의 작동을 위해 사용되는 전압의 타이밍, 순서 및 레벨은 위에서 설명한 전반적인 원리 내에서 다양하게 변경될 수 있고, 상술한 예는 예시에 불과하고, 임의의 구동 전압 방법을 본 발명에 적용하여도 무방하다.

도 6a 및 도 6b는 디스플레이 기기(40)의 실시예를 나타내는 시스템 블록도이다. 디스플레이 기기(40)는, 예컨대 셀룰러폰 또는 모바일 전화기일 수 있다. 그러나, 디스플레이 기기(40)와 동일한 구성품이나 약간 변형된 것도, 텔레비전이나 휴대용 미디어 플레이어와 같은 여러 가지 형태의 디스플레이 기기의 예에 해당한다.

디스플레이 기기(40)는, 하우징(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 입력 기기(48), 및 마이크로폰(46)을 포함한다. 하우징(41)은 일반적으로 사출 성형이나 진공 성형을 포함하여 해당 기술분야에서 잘 알려진 여러 가지 제조 공정 중의 어느 것에 의해서도 제조될 수 있다. 또한, 하우징(41)은, 한정되는 것은 아니지만, 플라스틱, 금속, 유리, 고무, 및 세라믹 또는 이들의 조합을 포함하여 여러 가지 재료 중 어느 것으로도 만들어질 수 있다. 일실시예에서, 하우징(41)은 분리가능한 부분(도시되지 않음)을 포함하고, 이 분리가능한 부분은 다른 색깔이나 다른 로고, 그림 또는 심볼을 가진 다른 분리가능한 부분으로 교체될 수 있다.

본 예의 디스플레이 기기(40)의 디스플레이(30)는, 여기서 개시하는 바와 같이, 쌍안정(bi-stable) 디스플레이를 포함하여, 여러 가지 디스플레이 중 어느 것 이어도 무방하다. 다른 실시예에서, 디스플레이(30)는, 상술한 바와 같은, 플라즈마, EL, OLED, STN LCD, 또는 TFT LCD 등과 같은 평판 디스플레이와, 해당 기술분야에서 당업자에게 잘 알려진 바와 같은, CRT나 다른 튜브 디스플레이 기기 등과 같은 비평판 디스플레이(non-flat-panel display)를 포함한다. 그러나, 본 실시예를 설명하기 위해, 디스플레이(30)는 여기서 설명하는 바와 같이 간섭계 변조기 디스플레이를 포함한다.

예시된 디스플레이 기기(40)의 일실시예에서의 구성요소가 도 6b에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 예의 디스플레이 기기(40)는 하우징(41)을 포함하고, 적어도 부분적으로 하우징 내에 배치될 수 있는 구성요소들을 추가로 포함할 수 있다. 예컨대, 일실시예에서, 본 예의 디스플레이 기기(40)가 송수신기(47)와 연결된 안테나(43)를 구비하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함할 수 있다. 송수신기(47)는 프로세서(21)에 연결되어 있고, 프로세서(21)는 컨디셔닝 하드웨어(conditioning hardware)(52)에 연결되어 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 고르게 하도록(예컨대, 신호를 필터링하도록) 구성될 수 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45)와 마이크로폰(46)에 연결되어 있다. 프로세서(21)는 입력 기기(48)와 드라이버 컨트롤러(29)에도 연결되어 있다. 드라이버 컨트롤러(29)는 프레임 버퍼(28)와 어레이 드라이버(22)에 연결되어 있고, 어레이 드라이버는 디스플레이 어레이(30)에 연결되어 있다. 전원(50)은 예시된 디스플레이 기기(40)의 특정 설계에 따라 요구되는 모든 구성요소에 전력을 공급한다.

네트워크 인터페이스(27)는 예시된 디스플레이 기기(40)가 네트워크를 통해 하나 이상의 기기들과 통신할 수 있도록 하기 위한 안테나(43)와 송수신기(47)를 포함한다. 일실시예에서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)의 부담을 경감하기 위해 어느 정도의 처리 능력을 가질 수도 있다. 안테나(43)는 신호를 송수신하는 것으로서, 해당 기술분야의 당업자에게 알려진 어떠한 안테나라도 무방하다. 일실시예에서, 안테나는 IEEE 802.11(a), (b), 또는 (g)를 포함하여 IEEE 802.11 표준에 따라 RF 신호를 송수신한다. 다른 실시예에서, 안테나는 블루투스 (BLUETOOTH) 표준에 따라 RF 신호를 송수신한다. 셀 방식의 휴대 전화기의 경우, 안테나는 CDMA, GSM, AMPS 또는 무선 셀폰(cell phone) 네트워크를 통한 통신에 사용되는 공지의 다른 신호를 수신하도록 설계된다. 송수신기(47)는 안테나(43)로부터 제공되는 신호를 수신하여 전처리함으로써, 프로세서(21)가 이 신호를 수신하여 처리할 수 있도록 한다. 또한, 송수신기(47)는 프로세서(21)로부터 수신한 신호를, 안테나(43)를 통해 본 예의 디스플레이 기기(40)로부터 전송될 수 있도록 처리한다.

다른 실시예에서, 송수신기(47)는 수신기로 대체할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 네트워크 인터페이스(27)는, 프로세서(21)에 전송할 이미지 데이터를 저장 또는 생성할 수 있는 이미지 소스로 대체될 수 있다. 예컨대, 이미지 소스는 이미지 데이터를 담고 있는 DVD나 하드디스크 드라이브도 가능하고, 이미지 데이터를 생성하는 소프트웨어 모듈도 가능하다.

프로세서(21)는 일반적으로 본 예의 디스플레이 기기(40)의 전반적인 동작을 제어한다. 프로세서(21)는, 네트워크 인터페이스(27)나 이미지 소스로부터, 압축 된 이미지 데이터 등의 데이터를 수신하고, 수신한 데이터를, 본래의 이미지 데이터로 처리하거나, 또는 본래의 이미지 데이터로 용이하게 처리될 수 있는 포맷으로 가공한다. 그런 다음, 프로세서(21)는 처리된 데이터를 드라이버 컨트롤러(29) 또는 프레임 버퍼(28)로 보내 저장한다. 전형적으로, 본래의 데이터는 이미지 내의 각 위치에 대한 이미지 특성을 나타내는 정보를 말한다. 예컨대, 그러한 이미지 특성은 컬러, 채도, 그레이 스케일 레벨을 포함할 수 있다.

일실시예에서, 프로세서(21)는, 마이크로컨트롤러, CPU 또는 논리 유닛을 포함하여, 예시된 디스플레이 기기(40)의 동작을 제어한다. 일반적으로, 컨디셔닝 하드웨어(52)는, 스피커(45)로 신호를 보내고 마이크로폰(46)으로부터 신호를 받기 위해, 증폭기와 필터를 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 예시된 디스플레이 기기(40) 내의 별도의 구성요소일 수도 있고, 또는 프로세서(21)나 다른 구성요소 내에 통합되어 있을 수도 있다.

드라이버 컨트롤러(29)는 프로세서(21)에 의해 생성된 본래의 이미지 데이터를 이 프로세서(21)로부터 직접 또는 프레임 버퍼(28)로부터 받아서, 이를 어레이 드라이버(22)에 고속으로 전송하기에 적합한 포맷으로 재구성한다. 구체적으로 말하면, 드라이버 컨트롤러(29)는, 디스플레이 어레이(30)의 전역에 걸쳐 스캐닝하기에 적합한 시간 순서를 가지도록 본래의 이미지 데이터를 래스터(raster)와 같은 포맷을 가진 데이터 흐름으로 재구성한다. 그런 다음, 드라이버 컨트롤러(29)는 재구성된 정보를 어레이 드라이버(22)로 보낸다. 종종 액정 디스플레이의 컨트롤러 등과 같은 드라이버 컨트롤러(29)가 독립형 집적 회로(stand-alone IC)로서 시 스템 프로세서(21)와 통합되기도 하지만, 이러한 컨트롤러는 여러 가지 방법으로 구현될 수 있다. 이러한 컨트롤러는 프로세서(21)에 하드웨어로서 또는 소프트웨어로서 내장될 수도 있고, 또는 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어로 완전히 통합될 수도 있다.

전형적으로, 어레이 드라이버(22)는 드라이버 컨트롤러(29)로부터 재구성된 정보를 받아서, 비디오 데이터를, 디스플레이의 x-y 행렬의 픽셀들로부터 이어져 나오는 수백 때로는 수천 개의 리드선에 초당 수 회에 걸쳐 인가되는 병렬의 파형 세트로 변환한다.

일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29), 어레이 드라이버(22), 및 디스플레이 어레이(30)는 여기서 기술한 어떠한 형태의 디스플레이에 대해서도 적합하다. 예컨대, 일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29)는 종래의 디스플레이 컨트롤러 또는 쌍안정 디스플레이 컨트롤러(예컨대, 간섭계 변조기 컨트롤러)이다. 다른 실시예에서, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예컨대, 간섭계 변조기 디스플레이)이다. 일실시예에서, 드라이버 컨트롤러(29)는 어레이 드라이버(22)와 통합되어 있다. 그러한 예는 셀룰러폰, 시계 및 다른 소형 디스플레이와 같은 고집적 시스템에서는 일반적인 것이다. 또 다른 실시예에서, 디스플레이 어레이(30)는 전형적인 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(예컨대, 간섭계 변조기 어레이를 포함하는 디스플레이)이다.

입력 기기(48)는 사용자로 하여금 예시된 디스플레이 기기(40)의 동작을 제어할 수 있도록 한다. 일실시예에서, 입력 기기(48)는 쿼티(QWERTY) 키보드나 전 화기 키패드 등의 키패드, 버튼, 스위치, 터치 스크린, 압력 또는 열 감지 멤브레인을 포함한다. 일실시예에서, 마이크로폰(46)은 예시된 디스플레이 기기(40)의 입력 기기이다. 기기에 데이터를 입력하기 위해 마이크로폰(46)이 사용되는 경우에, 사용자가 음성 명령을 제공하여 예시된 디스플레이 기기(40)의 동작을 제어하는 것이 가능하다.

전원(50)은 해당 기술분야에서 잘 알려진 다양한 에너지 저장 기기를 포함할 수 있다. 예컨대, 일실시예에서, 전원(50)은 니켈-카드뮴 전지나 리튬-이온 전지와 같은 재충전가능한 전지이다. 다른 실시예에서, 전원(50)은 재생가능한 에너지원, 커패시터, 또는 플라스틱 태양 전지와 태양 전지 도료를 포함하는 태양 전지이다. 다른 실시예에서, 전원(50)은 콘센트로부터 전력을 공급받도록 구성된다.

몇몇 구현예에서는, 상술한 바와 같이, 전자 디스플레이 시스템 내의 여러 곳에 위치될 수 있는 드라이버 컨트롤러의 제어를 프로그래머블하게 구성할 수 있다. 어떤 경우에는, 어레이 드라이버(22)의 제어를 프로그래머블하게 구성할 수도 있다. 해당 기술분야의 당업자라면 임의의 수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성요소로도 상술한 최적화 상태를 구현할 수 있고, 또 여러 가지 다양한 구성으로 구현할 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.

상기 설명한 원리에 따라 동작하는 간섭계 변조기의 구조에 대한 상세는 매우 다양하게 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 7a-7e는 이동가능한 반사층(14)과 이 반사층을 지지하는 구조체에 관한 5개의 실시예를 나타낸다. 도 7a는 도 1의 실시예로서, 금속 재료(14)의 스트립이, 이 스트립에 대해 직각으로 연장되어 있는 지 지대(18)상에 형성된 실시예를 나타내는 단면도이다. 도 7b에서는, 이동가능한 반사층(14)이 연결부(32)에 의해 그 코너에서만 지지대(18)에 부착되어 있다. 도 7c에서, 이동가능한 반사층(14)은, 구부러지기 쉬운 금속으로 이루어질 수 있는 변형가능한 층(34)에 매달려 있다. 이 변형가능한 층(34)은, 이 층(34)의 주위 둘레에 있는 투명 기판(20)에 직접 또는 간접으로 연결되어 있다. 변형가능한 층과 투명 기판 간의 연결부를, 본 명세서에서는 지지대 또는 포스트(post)(18)라고 한다. 도 7d에 도시한 실시예는 지지 포스트 플러그(42)를 구비하고 있는데, 이 지지 포스트 플러그 상에 변형가능한 층(34)이 위치한다. 이동가능한 반사층(14)은, 도 7a-7c에 도시된 바와 같이, 캐비티의 위에 매달려 있는 상태를 유지하고 있지만, 변형가능한 층(34)은 광학 스택(16)과의 사이에 있는 틈을 채우고 있기 때문에, 지지 포스트를 형성하지 않는다. 그 대신에, 지지 포스트(18)는 지지 포스트 플러그(42)를 형성하는데 이용되는 평탄화 재료로 이루어진다. 도 7e에 도시된 실시예는, 도 7d에 도시된 실시예에 기초하고 있지만, 도 7a-7c에 도시된 실시예뿐만 아니라 도시되지 않은 다른 실시예의 어떤 것과 동일한 작용을 하도록 구성될 수 있다. 도 7e에 도시된 실시예에서는, 금속 또는 그외 다른 도전성 재료로 된 여분의 층을 이용하여, 버스 구조체(44)를 형성하고 있다. 이러한 구성에 의하여, 신호가 간섭계 변조기의 후면을 통해 전달될 수 있게 되어, 그렇지 않았다면 기판(20)상에 형성했어야 하는 많은 전극을 제거할 수 있다.

도 7a-7e에 도시된 것과 같은 실시예에서, 간섭계 변조기는 직시형 기기(direct-view devices)로서 작용한다. 이러한 직시형 기기에서는, 이미지를 투 명 기판(20)의 정면에서 보게 되고, 그 반대쪽 면에 간섭계 변조기가 배치된다. 이러한 실시예에서, 반사층(14)은, 이 반사층의 기판(20)과 대향하는 쪽의 면에 있는 간섭계 변조기의 몇몇 부분을 광학적으로 차폐시킨다. 이러한 몇몇 부분에는 변형가능한 층(34)이 포함된다. 이러한 구성에 의하면, 차폐된 영역이 이미지의 품질에 부정적인 영향을 미치지 않도록 구성되어 동작할 수 있다. 이러한 차폐에 의해, 도 7e에 도시된 것과 같은 버스 구조체(44)를 형성할 수 있게 되는데, 이러한 버스 구조체(44)는, 어드레싱 및 이러한 어드레싱에 의한 이동 등과 같이, 간섭계 변조기의 전기 기계적 특성으로부터 간섭계 변조기의 광학 특성을 분리해낼 수 있는 능력을 제공한다. 이러한 분리가능한 변조기 구조에 의해, 광학 변조기의 전기 기계적 특징 및 광학적 특징을 발휘하도록 이용되는 구조적인 설계 및 재료가, 서로 영향을 미치지 않도록 선택되어 기능하도록 한다. 또한, 도 7c-7e에 도시된 실시예는, 반사층(14)의 광학적 특성을 간섭계 변조기의 기계적 특성으로부터 분리시킴으로써 추가의 장점을 갖는다. 이러한 분리는 변형가능한 층(34)에 의해 이루어진다. 이러한 구성에 의하면, 반사층(14)에 이용되는 구조적 설계 및 재료를 반사층의 광학적 특성에 대해 최적화되도록 할 수 있으며, 변형가능한 층(34)에 대해 이용되는 구조적 설계 및 재료를 바람직한 기계적 특성에 대해 최적화되도록 할 수 있다.

이상 설명한 간섭계 변조기는 본 기술 분야에 알려진 MEMS 기기를 제조하기 위한 임의의 적절한 제조 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 간섭계 변조기를 구성하는 다양한 재료 층들은 투명 기판 위에 순차적으로 적층되는데, 이러 한 적층 공정들 사이에 적절한 패턴화 공정과 에칭 공정을 행한다. 간섭계 변조기의 재료는 서로 인접해서 형성되기 때문에, 재료 간에 상호작용이 생길 수 있다. 몇몇 경우에는, 이러한 상호작용이 제조 과정 및/또는 완성된 기기의 특성에 부정적인 영향을 미친다. 예를 들어, 2개의 층 간의 상호작용에 의해 합금이나 화합물이 형성되면 에칭이 불완전하게 될 수 있는데, 이는 에칭제(etchants)를 사용해서 합금이나 화합물을 제거하는데에 효과적이지 않을 수 있기 때문이다. 또한, 의도하지 않은 합금이나 화합물이 형성되어, 층의 물리적 특성, 예컨대 인장 응력을 변경시킬 수 있다.

몇몇 실시예에서는, 간섭계 변조기를 제조하는 중에, 다수의 층을 형성하는 공정 간에 어떠한 에칭 공정도 수행하지 않고, 이러한 다수의 층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명한 이동가능한 반사층은 2개 또는 3개 이상의 층을 갖는 복합 구조체(composite structure)로 이루어질 수 있다. 일실시예에서, 하나의 층이 저항률이 높은 특성을 제공하도록 하고, 다른 하나의 층이 반사층을 위한 기계적인 지지 구조를 제공하도록 할 수 있다. 간섭계 변조기를 이루는 층들의 조성(composition)과 두께에 따라, 이동가능한 반사층의 인장 응력(tensile stress)이 달라진다. 인장 응력이 너무 낮으면, 이동가능한 반사층은, 해방 상태에서 처지게(sag) 될 것이며, 작동 후에도 원래의 상태로 되지 않을 수 있다. 그렇지 않고 인장 응력이 너무 높으면, 이동가능한 반사층은, 아예 작동을 하지 않거나, 제조 과정 중에 층이 갈라지거나 휘어질 수 있다. 층들의 조성과 두께는 또한 이동가능한 반사층의 견고성(robustness)에도 영향을 미친다.

복합의 이동가능한 반사층을 사용해서 간섭계 변조기를 설계한 예가 도 8에 도시되어 있다. 제조 과정 중에, 투명 기판(152)의 위에 인듐주석 산화물(ITO)로 이루어진 ITO 층(154)을 형성한다. ITO 층(154)은, 투명한 도전체이며, 도전성 플레이트로서의 기능을 행한다. 이에 의해, 간섭계 변조기의 이동가능한 반사층과 도전성 플레이트 사이에 전압이 인가될 수 있다. 일실시예에서, ITO 층의 두께는 대략 500Å이다. 다음에, 크롬으로 이루어진 크롬층(150)을 형성한다. 일실시예에서, 크롬층(150)은 비교적 얇아서(예컨대, 대략 50Å 내지 150Å 사이의 범위가 바람직하며, 일실시예에서는 70Å), 부분 반사체로서 작용할 수 있게 되어 있다. 이와 달리, 크롬층(150)은 투명 기판(152)의 위에 ITO 층(154)을 통해 형성될 수 있다. 다음에, 유전체 층(156/158)을 형성한다. 이 유전체 층은 하나 이상의 산화물로 구성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 유전체 층(156/158)은 복합 층(composite layer)이 될 수 있다. 예를 들어, 두께가 비교적 두꺼운(예컨대, 300Å 내지 600Å의 범위가 바람직하며, 일실시예에서는 450Å) SiO₂ 층(156)을 형성하고, 이러한 SiO₂ 층을 보호하기 위해 두께가 얇은(예컨대, 대략 50Å 내지 150Å의 범위가 바람직하며, 일실시예에서는 70Å) Al₂O₃ 층(158)을 형성할 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 3개 또는 4개 이상의 산화물층이 사용될 수 있다(예컨대, Al₂O₃-SiO₂-Al₂O₃). 산화물층(156/158)은 이동가능한 반사층과 크롬층(150) 사이의 절연층으로서 기능한다. 이 산화물층의 두께에 따라 간섭계 변조기의 간섭 특성, 특히 간섭계 변조기가 작동 상태에 있을 때의 간섭 특성이 달라진다. 희생층(이하 설명함)의 패턴화 또는 제거 공정 동안 에칭 중지제(etch stop) 또는 전하 트래핑 층으로서 작용하는 보조의 유전체 층이 사용될 수도 있다. 앞서 설명한 층들은 도 1 및 도 7a-7e와 관련해서 개시한 광학 스택(16)에 해당한다. 이들 층은 패턴화 및 에칭되어 간섭계 변조기 디스플레이에서의 수평열을 형성할 수 있다.

다음 과정으로서, 희생층(sacrificial layer)(160)을 형성(예컨대, 대략 1000Å 내지 3000Å의 범위가 바람직하며, 일실시예에서는 대략 2000Å)한다. 희생층은 다른 재료에 영향을 미치지 않으면서 에칭시에 용이하게 제거될 수 있는 공간 충전재(space filling material)로서 작용한다. 일실시예에서, 희생층(160)은 몰리브덴(molybdenum)으로 이루어진다. 희생층의 다른 적절한 재료의 예로는, 폴리실리콘, 비정질의 실리콘, 또는 포토레지스트 등이 있다. 제조의 마지막 공정에서는, 희생층(160)을 에칭으로 제거해서, 이동가능한 반사층과 유전체 층 또는 스택(156, 158) 사이에 에어 갭을 생성한다. 희생층(160)의 패턴화 및 에칭 공정은 이동가능한 반사층을 지지할 포스트 및 레일을 형성하기 위해 희생층에 홀 및 트렌치를 형성하는데 사용될 수 있다. 홀을 채우고 포스트를 형성하기 위해 평판 재료(162)를 형성할 수 있다. 마지막으로, 이동가능한 반사층(164/166)을 형성한다. 일실시예에서는, 이동가능한 반사층(14)을 형성한다. 일실시예에서, 이동가능한 반사층(14)은 반사층(164)과 이 반사층(164)을 지지하는 기계적인 층(166)을 포함한다. 일실시예에서, 반사층(164)은 알루미늄으로 이루어진 층(예컨대, 대략 300Å 내지 대략 1500Å의 범위가 바람직하며, 일실시예에서는 대략 500Å)이며, 기계적인 층(166)은 니켈로 이루어진 층(예컨대, 대략 500Å 내지 대략 2000Å의 범위 가 바람직하며, 일실시예에서는 대략 1450Å)이다. 몇몇 실시예에서는, 패턴화 공정 중에 사용되는 포토레지스트의 접착력을 향상시키기 위해, 니켈로 이루어진 층(166)의 표면에 추가의 알루미늄층을 형성할 수 있다. 이동가능한 반사층(14)을 패턴화 및 에칭해서 간섭계 변조기 디스플레이 내의 수직열을 형성할 수 있다.

도 8에 나타낸 구조체에서 희생층(160)을 에칭으로 제거한 후에, 도 7a에 도시된 것과 유사한 간섭계 변조기를 얻을 수 있다. 몇몇 실시예에서는, 투명 기판(152)에, 다른 층들을 형성하기 전에, 짙은 색의 마스크 층(dark mask layer)을 추가할 수 있다. 이 짙은 색의 마스크 층은 포스트나 레일 등과 같은 구조체의 몇몇 부분으로부터의 반사량을 감소시키기 위해 패턴화될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 짙은 색의 마스크 층은 MoCr 층과 산화물층을 포함한다. 당업자라면, 간섭계 변조기를 형성하기 위해, 본 명세서에서 언급한 것들에 추가하여 패턴화 공정 및 에칭 공정이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 도 7b-7e에 도시한 예들과 같이, 간섭계 변조기의 다른 구조도 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

앞서 설명한 바와 같이, 몇몇 실시예에서는, 이동가능한 반사층이 반사층(164)과 기계적인 층(166)으로 이루어진다. 일실시예에서, 기계적인 층(166)은 반사층(164)보다 영률(Young's modulus)이 더 높은 것을 선택한다. 이에 따라, 복합의 이동가능한 반사층(14)의 기계적 특성을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 알루미늄보다 니켈이 영률(종탄성 계수)이 더 높다. 그러나, 니켈은, MEMS와 액정 디스플레이(LCD) 제조 설비에 통상적으로 사용되는 주조 공정(foundry process)에서는 사용되지 않는 것이 일반적이다. 따라서, 간섭계 변조기에 니켈을 사용하게 되면 간섭계 변조기 디스플레이의 대량 생산에 요구되는 비용이 증가한다. 기계적 지지를 위해 니켈 대신에, 알루미늄보다 영률이 더 높은 크롬이 사용될 수 있다. 크롬은 통상적인 주조 공정에 사용되는 표준 재료이다. 그러나, 크롬을 알루미늄층에 적층할 때, 크롬과 알루미늄의 혼합물이 그 경계면에서 합금을 만든다. 갈바니 효과(galvanic effect)[예컨대, 전자 전위(elecrtropotential)의 차에 의한 원자의 확산], 열 이동(thermal migration)[예컨대, 고열 증착(hot deposition) 공정], 및 전자 이동(electro-migration)[예컨대, 전기장을 인가함으로써 생기는 이동]과 같은 효과에 기인하여, 알루미늄과 크롬의 경계면에 그리고 다른 금속 재료들 사이에 합금이 형성될 수 있다. 합금이 만들어지면, 제조 과정 중에 문제를 일으킬 수 있다. 예를 들어, 합금은 2개의 개별 금속을 에칭하기 위해 사용되는 에칭제에 대해 반응하지 않을 수 있다. Al-Cr의 경우, 크롬을 에칭하기 위해 사용되는 CR14와 알루미늄을 에칭하기 위해 사용되는 PAN이 모두, Al-Cr 합금을 완전하게 에칭하는데는 효과적이지 않다. 또한, 형성된 합금은 복합 구조체의 기계적 특성을 바람직하지 않게 변경시킬 수 있다.

따라서, 본 발명은 2개의 층 사이에 확산 장벽(diffusion barriers)을 배치해서, 이들 층 사이에서 확산이 실질적으로 방지되도록 한다. 예를 들어, 확산 장벽은 간섭 변조기 어레이의 이동가능한 반사층(14) 내의 반사층과 기계적 지지층 사이에 배치될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 확산이 방지되는 층들 중 하나 또는 모두를 금속성으로 할 수 있다. 도 9a에 도시된 바와 같이, 도 8과 관련해서 앞서 설명한 제조 공정을 변경해서, 이동가능한 반사층(14) 내의 금속성의 반사층(164)과 금속성의 기계적 지지층(166) 사이에 확산 장벽층(170)을 추가로 형성할 수 있다. 도 9b는 희생층(160)을 릴리스 에칭(release etch)에 의해 제거한 후의 간섭계 변조기 구조체를 나타낸다. 간섭계 변조기의 동작 동안, 확산 장벽층(170)은 이동가능한 반사층(14)의 일부로서 계속 유지된다.

몇몇 실시예에서, 확산 장벽층은 탄화물, 질화물, 산화물, 또는 붕화물을 포함한다. 적절한 재료의 예로는, 실리콘 다이옥사이드, 알루미늄 옥사이드, Si₃N₄, 티타늄 나이트라이드(titanium nitride), 탄탈륨 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 티타늄 카바이드, 알루미노 실리케이트(alumino silicate), TiB₂ 등을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서는, 확산 장벽층이 금속 또는 금속 합금을 포함하여 이루어진다. 금속 또는 금속 합금의 예로는, 티타늄, 텅스텐, 티타늄-텅스텐 합금, 실리콘, 및 탄탈륨 등을 포함하며, 이에 한정되지 않는다. 확산 장벽층은, 물리적 기상 증착, 화학적 기상 증착, 또는 졸-겔(sol gel) 공정 등과 같이, 본 기술분야에 잘 알려진 임의의 적절한 기술을 사용하여 증착될 수 있다. 확산 장벽층의 두께는, 이 확산 장벽층 상의 재료가 층간 확산(interdiffusion)되는 것을 실질적으로 방지하기 위한 것이면 어떠한 두께도 가능하다. 일실시예에서, 확산 장벽층의 두께는, 대략 15Å보다 큰 것이 바람직하고, 대략 30Å 내지 대략 100Å 사이의 범위를 갖는 것이 더 바람직하다. 처리 과정 중에, 확산 장벽 재료에 대해 활성인 에칭제가, 확산 장벽을 포함하는 구조체를 적절하게 패턴화하는 데에 사용될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 다이옥사이드가 사용되는 경우, PAD 에칭제가 사용될 수 있다. 확산 장벽층을 포함하는 복합 구조체를 패턴화할 필요가 있는 경우, 일련의 에칭제를 가지고 패턴화를 행할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄/실리콘 다이옥사이드/크롬을 함유하는 이동가능한 반사층에 대하여, 에칭제로서 CR14, PAD, 및 PAN을 차례로 사용하여 패턴화 및 에칭을 행할 수 있다. 각각의 에칭 공정을 행하는 동안, 하부의 재료는 위에 있는 재료의 에칭에 대한 에칭 중지제로서 작용한다. 따라서, 예컨대 크롬을 CR14로 에칭하는 동안, 하부의 실리콘 다이옥사이드는 크롬의 에칭에 대한 에칭 중지제로서 작용한다.

확산 장벽층이 절연체로 이루어진 경우, 금속성의 반사층(164)이나 금속성의 기계적 지지층(166) 중 하나가 간섭계 변조기 어레이를 구동시키기 위한 리드(lead)에 접속될 수 있다. 예를 들어, 금속성의 기계적 지지층(166)과 ITO 층(154) 사이에 인가되는 전압에 의해, 이동가능한 반사층(14) 전체가, 유전체 스택(156, 158)으로 무너지도록 하는데 사용될 수 있다. 이와 달리, 금속성의 반사층(164)과 ITO 층(154) 사이에 전압이 인가될 수도 있다.

따라서, 일실시예에서, 적어도 2개의 금속층과 이들 층 사이에 확산 장벽층을 포함하는 MEMS 구조체를 제조하는 방법을 제공한다. 도 10은 이러한 방법의 흐름도를 나타낸다. 단계 200에서는, 제1 금속층을 증착한다. 예를 들어, 제1 금속층은 간섭계 변조기를 제조하는 중에 희생층 상에 증착하는 알루미늄이 될 수 있다. 단계 202에서는, 제1 금속층의 표면에 확산 장벽층을 증착한다. 단계 204에서는, 확산 장벽층의 표면에 제2 금속층을 증착한다. 다음으로, 이들 3개의 층을 패턴화하고 에칭한다. 일실시예에서, 3가지 상이한 에칭제를 사용해서 3개의 층을 순차적으로 에칭한다. 예를 들어, 단계 206에서, 제2 금속층을 제1 에칭제로 에칭할 수 있다. 다음에, 단계 208에서, 확산 장벽층을 제2 에칭제로 에칭할 수 있다. 마지막으로, 단계 210에서, 제1 금속층을 제3 에칭제로 에칭할 수 있다. 에칭 공정 중에 이 3개의 층 모두에 동일한 패턴이 적용될 수 있다. 예를 들어, 단일 층의 포토레지스트를 제2 금속층에 적용하고, 이어서 단일의 패턴으로 노출시킬 수 있다. 포토레지스트를 현상한 후의 순차적인 에칭에 의해, 이 3개의 층 모두에 대해 동일한 패턴이 에칭될 것이다. 제2 금속층은, 에칭한 후, 확산 장벽층을 에칭하는 동안, 하드 마스크(hard mask)로서도 작동할 수 있다. 실시예에 따라, 본 명세서에 제시된 흐름도에 나타낸 단계들에, 다른 단계가 추가되거나 몇몇 단계를 제거할 수 있다. 또한, 단계들의 순서는 응용에 따라 재배열될 수 있다.

확산 장벽층은, 알루미늄과 크롬 사이에 사용하는 것으로 설명하고 있지만, 경계면에서 서로 혼합될 가능성이 있는 임의의 2개의 재료에도 사용될 수 있는 장점을 가질 수 있다. 예를 들어, 알루미늄과 혼합될 수 있는 것으로, 크롬 외에 다른 재료로는, 티타늄, 구리, 철, 실리콘, 망간, 마그네슘, 리튬, 은, 금, 니켈, 탄탈륨, 및 텅스텐 등이 있다.

본 명세서에서 개시하고 있는 확산 장벽층은, 앞서 설명한 간섭계 변조기의 이동가능한 반사층 외의 다른 MEMS 구조체에도 사용될 수 있다. 일반적으로, 이러한 확산 장벽층은 MEMS 기기 내의 임의의 2개의 금속층 사이에 사용될 수 있다. 예를 들어, MEMS 기기 내의 많은 기계적인 멤브레인(mechanical membrane)은, 앞서 설명한 이동가능한 반사층에서와 같은 복합 층을 필요로 할 수 있다. 확산 장벽층의 사용은 복합의 기계적인 멤브레인에 사용될 수 있는 금속의 수를 증가시킨다. 확산 장벽층은, 복합 구조체가 필요한 경우와, 각각의 재료가 구분되는 특성을 갖는 경우, 예컨대 하나의 재료가 소정의 광학적 특성을 필요로 하고 다른 재료가 소정의 기계적 및/또는 전기적 특성을 필요로 하는 경우에 특히 유용할 수 있다.

몇몇 실시예에서는, 앞서 설명한 예에서와 같이, 확산 장벽층이 MEMS의 제조 과정 동안 에칭 중지제로서 작용할 수 있다. 본 발명의 확산 장벽층은, 알루미늄/실리콘 다이옥사이드/크롬으로 된 이동가능한 반사층에서 크롬에 대한 에칭 중지제로서 작용하는 것 외에, 간섭계 변조기를 제조하는 중에, 희생층과 이동가능한 반사층 사이에 형성될 수 있다. 본 실시예에서의 확산 장벽층은 희생층 재료(예컨대, 몰리브덴)와 이동가능한 반사층에서의 인접한 재료(예컨대, 알루미늄) 간의 층간 확산을 방지함으로써, 이동가능한 반사층에서의 인접한 재료를 에칭하는 동안 희생층을 보호할 수 있게 된다.

몇몇 실시예에서, 앞서 설명한 바와 같이, 2개의 금속층과 이들 층 사이에 확산 장벽층을 갖는 MEMS 복합 구조체를 제공한다. 몇몇 실시예에서, 이들 3개의 재료의 두께는 MEMS 복합 구조체의 원하는 물리적 특성을 최적화하도록 선택된다. 고려될 수 있는 물리적 특성으로는, 광학적 특성, 전기적 특성, 열적 특성, 및 기계적 특성이 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기계적인 멤브레인은, 규정된 인장 응력을 가짐으로써, 소정의 원하는 기계적인 특성을 가질 뿐만 아니라 제조 과정에서도 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이다. 본 명세서에 서 예로든 금속층은 인장 응력을 증가시키지만, 본 발명의 확산 장벽의 재료는 주로 압축 응력(compressive stress)을 가지며 탄성 계수가 높기 때문에 인장 응력을 감소시킨다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 바람직한 인장 응력을 갖는 MEMS 기기의 기계적인 멤브레인을 얻기 위한 방법이 제공된다.

도 11은 이러한 방법을 나타내는 흐름도이다. 단계 248에서는, 기계적인 멤브레인의 특정의 용도에 기초해서, 원하는 인장 응력 또는 인장 응력의 범위를 미리 정한다. 단계 250에서, 인장 응력을 갖는 제1 재료(예컨대, 금속성 재료)의 두께를, 기계적인 멤브레인에 요구되는 미리 정해진 전체 인장 응력에 적어도 부분적으로 기초해서 선택한다. 단계 252에서, 압축 응력을 갖는 제2 재료의 두께(예컨대, 확산 장벽 재료)를, 기계적인 멤브레인에 요구되는 미리 정해진 전체 인장 응력에 적어도 부분적으로 기초해서 선택한다. 다음으로, 단계 254에서, 제1 재료로 이루어진 층을 형성한다. 마지막으로, 단계 256에서, 제2 재료로 이루어진 층을 제1 재료에 인접해서 형성한다. 제1 재료에서의 인장 응력과 제2 재료에서의 압축 응력의 조합에 의해, 기계적인 멤브레인에 대해 조합된 인장 응력이 생긴다. 인장 응력이나 압축 응력을 갖는 다른 층을 추가할 수도 있다. 예를 들어, 압축 응력을 갖는 재료가 확산 장벽으로서 작용하는 경우, 앞서 설명한 바와 같은 3개의 층이 포함될 수 있다.

몇몇 실시예에서는, 알루미늄-실리콘 다이옥사이드-크롬 복합 구조체로 구성되는 간섭계 변조기의 이동가능한 반사층을 제공한다. 몇몇 실시예에서, 실리콘 다이옥사이드는 대략 15Å의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 대략 30Å 내지 100Å 범위의 두께를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 몇몇 실시예에서, 알루미늄으로 이루어진 층은 대략 200Å 내지 대략 2000Å 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 대략 800Å 내지 대략 1200Å 범위의 두께를 갖는 것이 더욱 바람직하다. 몇몇 실시예에서, 크롬으로 이루어진 층은 대략 80Å 내지 대략 1000Å 범위의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 대략 100Å 내지 대략 500Å 범위의 두께를 갖는 것이 더욱 바람직하다.

실험예

예 1 - 잔류 응력의 측정

다양한 두께의 알루미늄과 크롬을 함유하는 몇 개의 막 적층체(film stacks)를, 실리콘 다이옥사이드 확산 장벽을 포함시킨 경우와 포함시키지 않은 경우로 나눠서, p형 실리콘 모니터 웨이퍼 상에 증착했다. 실리콘 웨이퍼의 곡면을, 레이저 반사율을 사용해서 증착 이전 및 증착 이후에 측정했다. 이 곡면은 스토니 방정식(Stoney equation)을 사용해서 막 적층체 내에서의 잔류 응력을 측정한 것이다. 막 적층체는 MRC 693 스퍼터링 시스템을 사용하여 증착했다. 표 1은 제조한 다양한 막 적층체와 그 잔류 응력을 열거하고 있다. 비교를 위해, 공칭의 Al(300Å)/Ni(1000Å) 막 적층체가 대략 250 내지 300 MPa 사이의 평균 잔류 응력을 갖는 것을 알게 되었다.

[표 1]

Al/Cr 막 적층체의 잔류 응력

웨이퍼 식별번호	막 적층체	측정한 평균 인장 응력 (MPa)
111-3	Al(1000Å)/Cr(200Å)	220
111-6	Al(1500Å)/Cr(350Å)	130
111-8	Al(1000Å)/SiO₂(20Å)/Cr(200Å)	125
111-10	Al(1000Å)/SiO₂(20Å)/Cr(100Å)	80
103-4	Al(1000Å)/SiO₂(40Å)/Cr(150Å)	120
71-7	Al(1000Å)/SiO₂(40Å)/Cr(850Å)	245

크롬 막을 더 두껍게 하면 막 적층체의 인장 응력이 증가한다는 것을 알게 되었다. 또한, 각각의 실험은 100Å의 두께를 갖는 알루미늄 막의 잔류 응력은 10 MPa이고, 350Å의 두께를 갖는 실리콘 다이옥사이드 막의 잔류 응력은 -123 MPa라는 것을 보여주고 있다. 따라서, 이들 실험은 실리콘 다이옥사이드와 크롬의 두께를 조정함으로써 Al/SiO₂/Cr을 포함하는 기계적인 층의 잔류 응력을 조절할 수 있다는 것을 증명한다. 일실시예에서, 간섭계 변조기에서의 이동가능한 반사층에 대한 바람직한 인장 응력은, 대략 100 MPa 내지 대략 500 MPa 사이의 범위가 바람직하며, 대략 300 MPa 내지 대략 500 MPa 사이의 범위가 더 바람직하고, 대략 350 MPa인 것이 가장 바람직하다.

예 2 - 확산 장벽을 포함하는 간섭계 변조기의 제조

예 1에서 설명한 막 적층체는 간섭계 변조기 어레이의 이동가능한 반사층을 제조하는데 사용되었다. 이 막 적층체는, 광학 스택, 몰리브덴으로 된 희생층, 및평탄화 재료를 형성한 후에, 1.1.4+ 모노크롬 유리 웨이퍼 상에 MRC 693 스퍼터링 시스템을 사용해서 증착했다. 이동가능한 반사층의 막 적층체에 대해서, CR14, PAD, 및 PAN 에칭제를 차례대로 사용해서 패턴화 및 에칭을 행하였다. 실리콘 다이옥사이드를 포함하지 않는 적층체에서는, PAD 에칭제를 사용하지 않았다. 몰리 브덴으로 된 희생층은, 120초의 충전 시간(fill time)과 300초의 휴지 시간(dwell time) 동안 2 사이클 내에 건식(dry)의 XeF₂ 릴리스 에칭(release etch)으로 제거했다. 표 2는 각 웨이퍼 상에 사용된 이동가능한 반사층 에칭제를 나타낸다.

[표 2]

간섭계 변조기의 이동가능한 반사층에 대한 에칭제

웨이퍼 식별번호	막 적층체	에칭제(etchant)
111-3	Al(1000Å)/Cr(200Å)	CR14(25초)+PAN(258초)
111-6	Al(1500Å)/Cr(350Å)	CR14(33초)+PAN(351초)
111-8	Al(1000Å)/SiO₂(20Å)/Cr(200Å)	CR14(65초)+PAD(10초)+PAN(165초)
111-10	Al(1000Å)/SiO₂(20Å)/Cr(100Å)	CR14(26초)+PAD(10초)+PAN(165초)
103-4	Al(1000Å)/SiO₂(40Å)/Cr(150Å)	CR14(26초)+PAD(4초)+PAN(165초)
71-7	Al(1000Å)/SiO₂(40Å)/Cr(850Å)	CR14(84초)+PAD(4초)+PAN(165초)

실리콘 다이옥사이드 확산 장벽을 포함하지 않고 알루미늄과 크롬을 함유하는 간섭계 변조기의 에칭은 성공하지 못했다. 도 12는 공정이 행해지는 측에서의 웨이퍼(111-6)의 전자현미경 사진이다. 대형의 원형 패턴(300)은, 에칭 홀(릴리스 에칭 동안 XeF₂를 주입하기 위한 것)을 형성하기 위해 시도한 에칭이 완료되지 않았다는 것을 나타낸다. 또한, 수직열을 형성하기 위해 이동가능한 반사층의 절단(302)은 형성되지 않았다. 에칭이 완료되지 않은 것은 처리 공정 동안 AlCr 합금이 형성되었기 때문이며, CR14는 순수한 크롬에만 효과적이며 AlCr 합금에는 효과적이지 않기 때문에 순차적인 에칭이 불완전하게 되는 것이다.

이에 대하여,알루미늄층과 크롬층 사이에 실리콘 다이옥사이드로 이루어진 얇은 막은 에칭을 개선했다. 20Å 두께의 실리콘 다이옥사이드가 포함된 경우, 에칭이 개선되었지만, 크롬의 에칭 시간이 더 길어졌고(정상에 비해 대략 2배 더 길 어졌음), 웨이퍼 111-10의 에칭은 성공하지 못했다. 도 13a는 공정이 행해지는 면에서의 웨이퍼 111-8을 나타낸 전자현미경 사진으로서, 에칭 홀(300)과 수직열 절단(302)이 양호하게 형성된 것을 보여준다. 도 13b는 유리 면에서의 웨이퍼 111-8을 나타낸 전자현미경 사진이다. 몇몇 간섭계 변조기에서 예상되는 녹색 컬러[픽셀(304)]로부터 청색 컬러[픽셀(306)]로 이동된 것으로 관찰되는 바와 같이 이동가능한 반사층에 약간의 처짐(sagging)이 있는 것처럼 보인다. 도 14a 및 14b는, 10V의 동작 전위를 인가하기 전과 인가한 후의 웨이퍼 111-8을 비교한 것으로서, 밝은 상태에서 어두운 상태로의 변화가 있었다는 것을 보여준다. 그러나, 이동가능한 반사층은 인가된 전위를 제거한 후에도 원래의 상태로 되지 않았다. 즉, 정지 마찰(stiction)이 크거나 인장 응력이 충분하지 않다는 것을 보여준다.

40Å 두께의 실리콘 다이옥사이드 층을 사용함으로써 결과가 개선되었다. 웨이퍼 103-4의 에칭은 매우 성공적이었다. 도 15a 및 도 15b는 유리 면에서의 웨이퍼 103-4를 각각 50배(도 1a)와 200배(도 14b)로 확대한 전자현미경 사진이다. 도 16a 및 도 16b는 8V의 동작 전위를 인가하기 전과 인가한 후의 웨이퍼 103-4를 비교한 것으로서, 밝은 상태에서 어두운 상태로 변화했다는 것을 알 수 있다. 또한, 이동가능한 반사층은 8V의 동작 전위를 제거하면 원래의 상태로 되는데, 이는 정지 마찰이 낮다는 것을 보여준다. 도 17은 웨이퍼 103-4에 대해 측정한 전위의 함수로서의 광학 응답을 나타낸다. 중요한 히스테리시스 현상은 관찰되지 않았지만, 응답은 대칭적이고 일치되었다.

웨이퍼 71-7에서는, 크롬의 두께를 많이 높였다. 도 18a는 릴리스 에칭을 행하기 전의 웨이퍼를 나타내는 전자현미경 사진이다. 이 도면에서는, 이동가능한 반사층이 양호하게 에칭되었으며, 에칭 홀과 수직열 절단이 양호하게 형성된 것을 보여준다. 그러나, XeF₂ 릴리스 에칭을 적용하면, 이동가능한 반사층은 도 18b의 전자현미경 사진에 나타낸 것과 같이 균열되고 파괴되었다. 따라서, 인장 응력을 너무 많이 증가시키면, 웨이퍼에 손상을 주게 된다. 어떤 특정의 이론에 한정되지 않고서도, 실리콘 다이옥사이드와 크롬의 두께를 최적화하는 것처럼 인장 응력을 최적화하는 것은, 이동가능한 반사층에 손상을 주지 않으면서 히스테리시스 특성을 개선시킬 수 있을 것이다.

본 발명이 실시예를 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다양하고 많은 변형이 가능하다는 것을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명은 이하의 청구범위에 의해서만 제한된다.

Claims

기계적인 멤브레인을 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS: microelectromechanical systems) 기기에 있어서,

상기 기계적인 멤브레인은,

제1 금속층;

제2 금속층; 및

상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 배치되며, 상기 제1 금속층의 어떠한 부분도 상기 제2 금속층의 어떠한 부분과 혼합되는 것을 실질적으로 방지하는 확산 장벽층

을 포함하는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 제1 금속층은 알루미늄을 포함하는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 제2 금속층은 크롬을 포함하는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 제2 금속층은, 티타늄, 구리, 철, 실리콘, 망간, 마그네슘, 리튬, 은, 금, 니켈, 탄탈륨, 및 텅스텐으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 확산 장벽층은 산화물, 질화물, 또는 탄화물을 포함하는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 확산 장벽층은 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide)를 포함하는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 확산 장벽층은, 알루미늄 옥사이드, Si₃N₄, 티타늄 나이트라이드(titanium nitride), 탄탈륨 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 티타늄 카바이드, 알루미노 실리케이트(alumino silicate), TiB₂ 로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 확산 장벽층은, 티타늄, 텅스텐, 티타늄-텅스텐 합금, 실리콘, 및 탄탈 륨으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 미소 기전 시스템(MEMS) 기기는 간섭계 변조기(interferometic modulator)이며,

상기 제1 금속층은 상기 기계적인 멤브레인에서 미러(mirror)로서 작용하는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 확산 장벽층은, 상기 제2 금속층을 에칭할 수 있는 에칭제(etchant)에 대한 저항성을 갖는 에칭 중지제(etch stop)로서도 작용하는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 확산 장벽층은 대략 15 Å 이상의 두께를 갖는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 제1 금속층의 두께는 대략 200 Å 내지 대략 2000 Å 사이의 범위를 갖 는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 제2 금속층의 두께는 대략 80 Å 내지 대략 1000 Å 사이의 범위를 갖는, 미소 기전 시스템 기기.
제1항에 있어서,

상기 제1 금속층의 두께는 대략 800 Å 내지 대략 1200 Å 사이의 범위를 가지며, 상기 제2 금속층의 두께는 대략 100 Å 내지 대략 500 Å 사이의 범위를 가지며, 상기 확산 장벽층의 두께는 대략 20 Å 내지 대략 60 Å 사이의 범위를 갖는, 미소 기전 시스템 기기.
제14항에 있어서,

상기 제1 금속층은 알루미늄을 포함하며, 상기 제2 금속층은 크롬을 포함하고, 상기 확산 장벽층은 실리콘 다이옥사이드를 포함하는, 미소 기전 시스템 기기.
기계적인 멤브레인을 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS: microelectromechanical systems) 기기에서, 제1 금속층의 어떠한 부분도 제2 금속층의 어떠한 부분과 혼합되는 것을 실질적으로 방지하기 위한 혼합 방지 방법으로서,

상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층 사이에 확산 장벽층을 배치하는 단계를 포함하는, 혼합 방지 방법.
제16항에 있어서,

상기 제1 금속층은 알루미늄을 포함하는, 혼합 방지 방법.
제16항에 있어서,

상기 제2 금속층은 크롬을 포함하는, 혼합 방지 방법.
제16항에 있어서,

상기 확산 장벽층은 산화물, 질화물, 또는 탄화물을 포함하는, 혼합 방지 방법.
제16항에 있어서,

상기 확산 장벽층은 실리콘 다이옥사이드를 포함하는, 혼합 방지 방법.
제16항에 있어서,

상기 미소 기전 시스템(MEMS) 기기는 간섭계 변조기이며,

상기 제1 금속층은 상기 기계적인 멤브레인에서 미러로서 작용하는, 혼합 방지 방법.
제16항에 있어서,

상기 확산 장벽층을 배치하는 단계는,

상기 제1 금속층 상에 상기 확산 장벽층을 증착하는 단계; 및

상기 확산 장벽층 상에 상기 제2 금속층을 증착하는 단계

를 포함하는, 혼합 방지 방법.
제22항에 있어서,

상기 확산 장벽층을 증착하는 단계는, 물리적 기상 증착, 화학적 기상 증착, 또는 졸-겔(sol gel) 공정을 사용하여 수행되는, 혼합 방지 방법.
미소 기전 시스템(MEMS) 기기를 제조하는 방법에 있어서,

제1 금속층을 증착하는 단계;

상기 제1 금속층 상에 확산 장벽층을 증착하는 단계;

상기 확산 장벽층 상에 제2 금속층을 증착하는 단계; 및

상기 제1 금속층, 상기 확산 장벽층, 및 상기 제2 금속층을 동일한 패턴으로 에칭하는 단계

를 포함하며,

상기 확산 장벽층은 상기 제1 금속층의 어떠한 부분도 상기 제2 금속층의 어떠한 부분과 혼합되는 것을 실질적으로 방지하는, 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
제24항에 있어서,

상기 제1 금속층은 알루미늄을 포함하는, 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
제24항에 있어서,

상기 제2 금속층은 크롬을 포함하는, 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
제24항에 있어서,

상기 확산 장벽층은 산화물, 질화물, 또는 탄화물을 포함하는, 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
제24항에 있어서,

상기 확산 장벽층은 실리콘 다이옥사이드를 포함하는, 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
제24항에 있어서,

상기 동일한 패턴으로 에칭하는 단계는, 상기 제1 금속층, 상기 확산 장벽층, 및 상기 제2 금속층의 각각에 대하여 상이한 에칭제를 사용하는 단계를 포함하 는, 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법.
제24항의 미소 기전 시스템 기기의 제조 방법에 의해 생성된, 기계적인 멤브레인을 구비하는 미소 기전 시스템(MEMS) 기기.
이동가능한 반사층을 구비하는 간섭계 변조기에 있어서,

상기 이동가능한 반사층은,

미러;

상기 미러에 인접해서 배치되며, 상기 미러를 기계적으로 지지하는 기계적인 층; 및

상기 미러와 상기 기계적인 층 사이에 배치되며, 상기 미러의 어떠한 부분도 상기 기계적인 층의 어떠한 부분과 혼합되는 것을 실질적으로 방지하는 확산 장벽

을 포함하는, 간섭계 변조기.
제31항에 있어서,

상기 미러는 알루미늄을 포함하는, 간섭계 변조기.
제31항에 있어서,

상기 확산 장벽은 산화물, 질화물, 또는 탄화물을 포함하는, 간섭계 변조기.
제31항에 있어서,

상기 확산 장벽은 실리콘 다이옥사이드를 포함하는, 간섭계 변조기.
제31항에 있어서,

상기 기계적인 층은 크롬을 포함하는, 간섭계 변조기.
제31항에 있어서,

디스플레이;

상기 디스플레이와 통신을 행하도록 구성되어 있으며, 이미지 데이터를 처리하도록 구성된 프로세서; 및

상기 프로세서와 통신을 행하도록 구성된 메모리 기기

를 더 포함하는 간섭계 변조기.
제36항에 있어서,

상기 디스플레이에 하나 이상의 신호를 제공하도록 구성된 구동 회로(driver circuit)를 더 포함하는 간섭계 변조기.
제37항에 있어서,

상기 이미지 데이터의 적어도 일부분을 상기 구동 회로에 제공하도록 구성된 컨트롤러를 더 포함하는 간섭계 변조기.
제36항에 있어서,

상기 이미지 데이터를 상기 프로세서에 제공하도록 구성된 이미지 소스 모듈을 더 포함하는 간섭계 변조기.
제39항에 있어서,

상기 이미지 소스 모듈은 수신기, 송수신기, 및 송신기 중 하나 이상을 포함하는, 간섭계 변조기.
제36항에 있어서,

입력 데이터를 수신하고, 상기 입력 데이터를 상기 프로세서와 통신하도록 구성된 입력 기기를 더 포함하는, 간섭계 변조기.
이동가능한 반사층을 구비하는 간섭계 변조기에 있어서,

상기 이동가능한 반사층은,

광을 반사하기 위한 반사 수단;

상기 반사 수단을 기계적으로 지지하기 위한 기계적 지지 수단; 및

상기 반사 수단과 상기 기계적 지지 수단 사이에서의 확산을 방지하기 위한 확산 장벽 수단

을 포함하는, 간섭계 변조기.
제42항에 있어서,

상기 반사 수단은 미러(mirror)로 된, 간섭계 변조기.
제42항에 있어서,

상기 기계적 지지 수단은 금속성의 기계적인 층으로 된, 간섭계 변조기.
제44항에 있어서,

상기 금속성의 기계적인 층은, 크롬, 티타늄, 구리, 철, 실리콘, 망간, 마그네슘, 리튬, 은, 금, 니켈, 탄탈륨, 및 텅스텐으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 금속을 포함하는, 간섭계 변조기.
제42항 내지 제45항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 확산 장벽 수단은, 실리콘 다이옥사이드, 알루미늄 옥사이드, Si₃N₄, 티타늄 나이트라이드(titanium nitride), 탄탈륨 나이트라이드, 실리콘 카바이드, 티타늄 카바이드, 알루미노 실리케이트(alumino silicate), TiB₂로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 화합물을 포함하는, 간섭계 변조기.
간섭계 변조기를 제조하는 방법에 있어서,

제1 금속층을 증착하는 단계;

상기 제1 금속층 상에 확산 장벽층을 증착하는 단계;

상기 확산 장벽층 상에 제2 금속층을 증착하는 단계; 및

상기 제2 금속층, 상기 확산 장벽층, 및 상기 제1 금속층을 동일한 패턴으로 에칭하는 단계

를 포함하며,

상기 확산 장벽층은 상기 제1 금속층의 어떠한 부분도 상기 제2 금속층의 어떠한 부분과 혼합되는 것을 실질적으로 방지하는, 간섭계 변조기의 제조 방법.
제47항에 있어서,

상기 제2 금속층에서 상기 패턴으로 에칭하는 단계는 제1 에칭제를 사용하는 단계를 포함하고,

상기 확산 장벽층에서 상기 패턴으로 에칭하는 단계는 제2 에칭제를 사용하는 단계를 포함하며,

상기 제1 금속층에서 상기 패턴으로 에칭하는 단계는 제3 에칭제를 사용하는 단계를 포함하는, 간섭계 변조기의 제조 방법.
제47항에 있어서,

상기 확산 장벽층은 산화물, 질화물, 또는 탄화물을 포함하는, 간섭계 변조기의 제조 방법.
제47항에 있어서,

상기 확산 장벽층은 실리콘 다이옥사이드를 포함하는, 간섭계 변조기의 제조 방법.
제48항에 있어서,

상기 확산 장벽층과 상기 제1 금속층은 상기 제1 에칭제에 대해 실질적으로 저항성을 갖는, 간섭계 변조기의 제조 방법.
제48항에 있어서,

상기 제1 금속층과 상기 제2 금속층은 상기 제2 에칭제에 대해 실질적으로 저항성을 갖는, 간섭계 변조기의 제조 방법.
제48항에 있어서,

상기 확산 장벽층과 상기 제2 금속층은 상기 제3 에칭제에 대해 실질적으로 저항성을 갖는, 간섭계 변조기의 제조 방법.
제48항에 있어서,

상기 제1 에칭제로서 CR14를 사용하는, 간섭계 변조기의 제조 방법.
제48항에 있어서,

상기 제2 에칭제로서 PAD를 사용하는, 간섭계 변조기의 제조 방법.
제48항에 있어서,

상기 제3 에칭제로서 PAN을 사용하는, 간섭계 변조기의 제조 방법.
제47항의 간섭계 변조기의 제조 방법에 의해 제조된 간섭계 변조기.
원하는 인장 응력을 갖는 미소 기전 시스템(MEMS) 기기에서 이동가능한 전극을 제조하는 방법으로서,

상기 이동가능한 전극에 대한 원하는 인장 응력 또는 인장 응력의 범위를 정하는 단계;

인장 응력을 갖는 재료를 포함하는 하나 이상의 층을 형성하는 단계;

상기 인장 응력을 갖는 재료에 인접해서 압축 응력을 갖는 재료를 포함하는 하나 이상의 층을 형성하는 단계

를 포함하며,

상기 압축 응력과 상기 인장 응력의 조합에 의해, 상기 이동가능한 전극에 대한 상기 원하는 인장 응력 또는 인장 응력의 범위를 제공하는, 이동가능한 전극의 제조 방법.
제58항에 있어서,

상기 인장 응력을 갖는 층의 재료는 하나 이상의 금속을 포함하는, 이동가능한 전극의 제조 방법.
제59항에 있어서,

상기 금속은 알루미늄, 크롬, 티타늄, 구리, 철, 실리콘, 망간, 마그네슘, 리튬, 은, 금, 니켈, 탄탈륨, 및 텅스텐으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 이동가능한 전극의 제조 방법.
제58항에 있어서,

상기 압축 응력을 갖는 층은 하나 이상의 산화물, 질화물, 또는 탄화물을 포함하는, 이동가능한 전극의 제조 방법.
제58항에 있어서,

상기 압축 응력을 갖는 층의 하나 이상은 실리콘 다이옥사이드를 포함하는, 이동가능한 전극의 제조 방법.
제58항의 이동가능한 전극의 제조 방법에 의해 제조된 이동가능한 전극을 갖는 미소 기전 시스템(MEMS) 기기.