KR20100020810A - 광변조 소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광변조 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 구조물층의 상부에 식각 방지층을 구비하여 보호층을 선폭이 균일하게 되도록 건식 식각함으로써 리본의 높이를 균일하게 할 수 있도록 하는 광변조 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 기판; 리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분이 상기 기판에 이격되어 있고, 양끝단이 각각 상기 기판에 부착되어 있는 구조물층; 상기 구조물층에 적층되어 있으며 압전층을 포함하여 상기 압전층의 양측에 전압이 인가되면 상기 압전층의 수축 또는 팽창에 의하여 상기 구조물층을 상하로 구동시키는 압전 구동체; 상기 구조물층과 상기 압전 구동체 사이에 적층되어 있으며, 상기 압전 구동체가 식각될 때 상기 구조물층을 보호하기 위한 보호층; 및 상기 구조물층 위에 적층되어 있으며 상기 보호층이 건식 식각될 때 상기 구조물층을 보호하기 위한 식각 방지층을 포함하여 이루어진 광변조 소자 및 그 제조방법이 제공된다.
광변조, 식각 방지층, 균일성, 건식 식각

Description

광변조 소자 및 그 제조방법{Optical modulator and manufacturing method thereof}
본 발명은 광변조 소자 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 특히 구조물층의 상부에 식각 방지층을 구비하여 보호층을 선폭이 균일하게 되도록 건식 식각함으로써 리본의 높이를 균일하게 할 수 있도록 하는 광변조 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
멤스(MEMS : Micro Electro Mechanical System)는 초소형 전기 기계 시스템 또는 소자를 말하며, 멤스(MEMS) 기술은 반도체 제조기술을 이용해 실리콘 기판 위에 3차원의 구조물을 형성하는 기술이다.
이러한 멤스(MEMS)는 다양한 응용 분야의 하나로서 광학 분야에 응용되고 있다. 멤스(MEMS) 기술을 이용하면 1mm보다 작은 광학부품을 제작할 수 있으며,이들로서 초소형 광시스템을 구현할 수 있다.
초소형 광시스템에 해당하는 광변조 소자, 마이크로 렌즈 등의 마이크로 광 학 부품은 빠른 응답속도와 작은 손실, 집적화 및 디지털화의 용이성 등의 장점으로 인하여 통신장치, 디스플레이 및 기록장치에 채택되어 응용되고 있다.
광변조 소자는 크게 직접 광의 온/오프를 제어하는 직접 방식과 빛의 반사 및 회절을 이용하는 간접 방식을 나뉘며, 간접 방식은 다시 구동되는 방식에 따라 정전기 방식과 압전 방식으로 나뉜다.
광변조 소자는 그 구동방식에 상관없이 빛을 반사 및 회절시키기 위한 광반사층을 반드시 필요로 하며, 광변조 소자의 광 회절 효율을 향상 시키기 위해서는 광반사층의 광반사 특성이 극대화되어야 하며, 광변조 소자를 어레이로 형성하는 경우에 그 높이가 균일하여야 한다.
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 광변조 소자에서 압전 구동체를 형성하기 위한 식각 공정을 나타내는 단면도이다.
도 1a를 참조하면, 기판(10) 상에 절연층(20)을 적층하고, 절연층(20) 상에 희생층(30)을 적층하며, 희생층(30) 상에 구조물층(40)을 적층하고, 구조물층(40)위에 보호층(50)을 적층하며, 보호층(50)위에 접합층(60)을 적층하고, 접합층(60)위에 압전 구동체(91)를 형성하기 위하여 하부 전극(70), 압전층(80) 그리고 상부 전극(90)을 순차적으로 적층한다.
다음으로, 도 1b를 참조하면, 구조물층(40)의 양 측단 상에 적층된 상부 전극(90), 압전층(80) 및 하부 전극(70)을 제외한 부분에 적층된 상부 전극(90), 압전층(80) 및 하부 전극(70)을 식각하여 압전 구동체(91)을 형성한다. 이때, 하부 전극(70)과 하부 전극(70)의 식각시에 구조물층(40)을 보호하기 위한 보호층(50)사 이의 접합층(60) 또한 동시에 식각된다.
다음에, 도 1c에 도시된 바와 같이, 외부 환경으로부터 상부 전극(90)과 하부 전극(70)을 전기적으로 차단하여 보호하기 위한 상부 절연층(92)을 도포한다.
이후에, 도 1d를 참조하면, 리본상에 위치하는 상부 절연층(92)을 제거하기 위하여 포토 레지스트(94)를 도포하고, 리본상에 도포된 포토 레지스트(94)를 제거한다.
다음에, 도 1e를 참조하면, 포토 레지스트(94)에 형성된 패턴에 따라 상부 절연층(92)과 보호층(50)을 식각하여 제거하며, 상부 절연층(92)은 건식 식각으로 제거하고, 보호층(50)은 습식 식각으로 제거한다.
이후에, 도 1f에 도시된 바와 같이 상부 절연층(92)상에 위치하는 포토 레지스트(94)를 제거한 후에, 상부 전극(90)과 하부 전극(70)의 외부와의 전기적 접속을 제공하기 위한 접점홀을 형성한다.
한편, 도 1e를 보게 되면 보호층(50)을 습식 식각으로 제거하게 되는데, 이처럼 보호층(50)을 습식 식각으로 제거하게 되면 보호층(50)의 선폭을 균일하게 유지하기 어렵게 된다.
왜냐하면, 습식 식각은 식각 선택비는 좋으나 식각 균일도가 떨어져 보호층(50)의 선폭을 일정하게 유지하기가 어렵기 때문이다.
즉, 습식 식각은 등방성 식각으로 인해 수평과 수직이 같은 비율로 식각되어 원하는 모형의 식각 형상을 얻을 수 없으며, 언더커팅(undercutting)이 유발되어 식각 모형의 분해능 저하를 일으키기 때문이다.
그 결과, 보호층(50)의 선폭이 불균일하게 되면 보호층(50)의 선폭과 관련이 있는 리본 높이도 불균일하게 되어 회절효율을 극대화하기 어렵게 된다.
즉, 보호층(50)의 선폭에 따라 리본에 대한 보호층(50)의 인장력이 달라지게 되며 그 결과 리본의 높이에 차이가 생기게 된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 구조물층의 상부에 식각 방지층을 구비하여 보호층의 선폭을 균일하게 되도록 보호층을 건식 식각함으로써 리본의 높이를 균일하게 할 수 있도록 하는 광변조 소자 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 위하여 본 발명은, 기판; 리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분이 상기 기판에 이격되어 있고, 양끝단이 각각 상기 기판에 부착되어 있는 구조물층; 상기 구조물층에 적층되어 있으며 압전층을 포함하여 상기 압전층의 양측에 전압이 인가되면 상기 압전층의 수축 또는 팽창에 의하여 상기 구조물층을 상하로 구동시키는 압전 구동체; 상기 구조물층과 상기 압전 구동체 사이에 적층되어 있으며, 상기 압전 구동체가 식각될 때 상기 구조물층을 보호하기 위한 보호층; 및 상기 구조물층 위에 적층되어 있으며 상기 보호층이 건식 식각될 때 상기 구조물층을 보호하기 위한 식각 방지층을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 기판과 상기 구조물층 사이에 위치하여 상기 구조물층을 지지하는 희생층을 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 보호층과 상기 압전 구동체 사이에 위치하고 있으며, 부착성이 있으며 가스의 확산을 방지하는 접합층을 더 포함하여 이루어진 것을 특 징으로 한다.
또한, 본 발명은, 상기 압전 구동체를 감싸고 있으며 외부로부터 상기 압전 구동체를 보호하는 상부 절연층을 더 포함하고 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 식각 방지층의 재료는 Ai2O3의 물질인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 압전 구동체는, 상기 압전층의 하부에 위치하여 상기 압전층에 인가되는 압전 전압을 제공하기 위한 하부 전극; 및 상기 압전층의 상부에 위치하고, 상기 하부 전극 간에 상기 압전층에 인가되는 압전 전압을 제공하기 위한 상부 전극을 더 포함하며, 상기 압전층은 상기 하부 전극 상에 위치하고, 상기 압전 전압에 상응하여 수축 또는 팽창을 하여 상기 구조물층의 중앙 부분에 상하 구동력을 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 (a) 기판 상에 절연층을 형성하고, 상기 절연층 상에 희생층을 형성하며, 상기 희생층 상에 구조물층을 형성하고, 상기 구조물층위에 식각 방지층을 형성하며, 상기 식각 방지층 위에 보호층을 형성하는 단계; (b) 상기 구조물층의 양 측단 상에 상기 구조물층의 중앙 부분을 상하로 움직이게 하는 압전 구동체를 형성하는 단계; (c) 상기 압전 구동체 위와 개방된 상기 구조물층위에 제1 마스크층을 형성하여 상기 보호층을 건식 식각하는 단계; (d) 상기 구조물층의 중앙 부분 중 상부 반사층을 형성할 영역을 제외한 부분 및 그 하면에 위치한 상기 희생층을 식각하여 홀(hole)을 형성하는 단계; (e) 상기 구조물층 위에 제2 마스크 층을 도포한 후에 상기 상부 반사층을 형성할 영역과 홀이 개방된 패턴을 형성하여 상기 구조물층의 중앙 부분에 입사광을 반사 또는 회절시키는 상기 상부 광반사층을 형성하고, 상기 홀을 통해 상기 절연층 상에 입사광을 반사 또는 회절시키는 하부 광반사층을 형성하는 단계; 및 (f) 상기 상부 반사층을 형성할 영역의 하면에 위치하는 상기 희생층을 식각하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상 제1 마스크층을 구성하는 물질은 포토 레지스트인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 단계 (b)이후에, (g) 상기 압전 구동체와 상기 보호층 위에 상부 절연층을 적층하는 단계; 및 (h) 상기 보호층을 건식 식각으로 식각할 때 상기 상부 절연층을 건식 식각으로 동시에 식각하는 단계를 포함하여 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 단계 (c)에서 상기 보호층을 식각하는 건식 식각 방법은 플루오르 계열의 가스를 이용한 건식 식각 방법을 통해 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 플루오르 계열의 가스는 CF4, NF3, C2F6, C3F8, CHF3 및 SF6 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 단계 (f)는, (f-1) 상기 구조물층의 개방된 부위와 상기 압전 구동체의 상부에 상기 제2 마스크층을 도포하는 단계; (f-2) 상기 제2 마스크층의 상부와 개방된 패턴 부위에 상기 구조물층의 중앙 부분 중 상기 상부 반 사층을 형성할 영역이 개방된 패턴을 형성하는 단계; (f-3) 상기 제2 마스크층의 상부와 개방된 패턴 부위에 광반사 물질을 적층하고, 상기 홀을 통해 상기 절연층 상에 입사광을 반사 또는 회절시키는 상기 하부 광반사층을 형성하는 단계; 및 (f-4) 상기 제2 마스크층 및 상기 제2 마스크층 상에 적층되어 있는 광반사 물질을 제거하여 상기 상부 광반사층을 완성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 상기 단계 (f-4)은, 상기 제2 마스크층을 제거한 후에 상기 광반사 물질을 리프트 오프(lift-off)시키는 방법으로 제거하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 보호층의 선폭을 균일하게 하여 리본 높이의 불균일성을 개선할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 리본의 높이를 균일하게 하여 리본의 제어상의 균일성을 확보할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명에 따르면, 광반사층의 광반사 특성을 개선시킴으로써, 광변조기 소자의 광 회절 효율 및 그 신뢰성을 극대화 시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변 경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
이제, 도 2 이하의 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 광변조 소자 및 그의 제조방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 광변조 소자의 구조를 나타낸 사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 광변조 소자는 기판(110), 절연층(120), 하부 광반사층(240b), 희생층(130), 구조물층(140), 식각 방지층(145), 상부 광반사층(240a), 보호층(150), 접합층(160), 압전 구동체(250) 및 상부 절연층(200)을 포함한다.
기판(110)은 일반적으로 사용되는 반도체 기판이며, 기판(110) 상에는 절연층(120)이 위치한다.
절연층(120) 상에는 입사광을 반사 또는 회절시킬 수 있는 광반사층(이하, '하부 광반사층'이라 함)(240b)이 위치할 수 있다. 하부 광반사층(240b)으로는 다양한 광반사 물질(예를 들어, 금속재료(Al, Pt, Cr, Ag 등))이 사용될 수 있다.
절연층(120) 상에는 희생층(130)이 위치한다. 희생층(130)은 절연층(120) 상에 적층된 후, 후술할 공정을 통해 그 일부가 식각됨으로써 절연층(120)의 양 측단 상에 위치하여 후술할 구조물층(140)을 지지하게 된다.
또한, 이러한 식각 공정을 통해 구조물층(140)의 소정 부분은 절연층(120)과 의 사이에서 상하로 움직일 수 있는 구동 공간을 확보하며 소정의 간격만큼 이격될 수 있게 한다.
여기서, 도 2가 예시하는 광변조 소자에서는 희생층(130)의 일부만이 식각되므로 희생층(130)이 절연층(120)의 양 측단 상에 위치하여 구조물층(140)을 지지하고 있지만, 희생층(130)은 후술할 공정을 통해 그 전부가 식각될 수도 있다.
이러한 경우 희생층(130)은 구조물층(140)을 지지하는 역할은 하지 않으며, 구조물층(140)이 상하로 움직일 수 있는 구동 공간을 확보하는 역할 만을 할 수도 있다. 즉, 희생층(130)의 식각 공정에 상응하여 확보되는 구동 공간의 위치가 달라질 수 있다.
다만, 여기서는 도 2가 예시하는 광변조 소자의 경우를 중심으로 설명하므로 확보된 구동 공간을 통해 상하로 움직일 수있는 구조물층(140)의 소정 부분은 구조물층(140)의 중앙 부분이 되며, 이하'구조물층(140)의 중앙 부분'을 리본(140r)이라 약칭하기로 한다. 하지만, 상술한 바와 같이 확보되는 구동 공간의 위치가 달라지는 경우에는 이에 상응하여 구조물층(140) 중 리본의 위치도 달라질 수 있음은 물론이다.
희생층(130) 상에는 구조물층(140)이 위치한다. 구조물층(140)의 중앙 부분 즉, 리본에는 1개 이상의 홀(hole)이 형성되어 있다. 이러한 홀은 후술할 공정을 통해 형성될 수 있다.
이때, 리본 중 홀 이 형성된 부분을 제외한 부분 즉, 반사 영역 상에는 입사광을 반사 또는 회절시킬 수 있는 광반사층(이하,'상부 광반사층'이라고 함)(240a) 이 위치할 수 있다. 상부 광반사층(240a)으로는 다양한 광반사 물질(예를 들어, 금속재료(Al, Pt, Cr, Ag 등))이 사용될 수 있다.
또한, 구조물층(140)과 보호층(150) 사이 또는 구조물층(140)과 상부 광반사층(240a) 사이에 식각 방지층(145)이 위치하는데, 이러한 식각 방지층(145)은 보호층(150)의 건식 식각시에 구조물층(140)이 식각되지 않도록 방지한다.
식각 방지층(145)은 보호층(150)으로 사용되는 물질을 식각하는 에천트(여기서, 에천트는 식각 가스 또는 식각 용액임)에 대해서 선택비가 높은 물질로 구성된다. 이때, 식각 방지층(145)으로 사용되는 물질은 Al2O3 등 일 수 있다.
구조물층(140)의 양 측단 상에는 압전 구동체(250)가 위치하며, 구조물층(140)과 압전 구동체(250)의 사이에는 식각 방지층(145), 보호층(150) 그리고 접합층(160)이 위치한다.
여기에서, 압전 구동체(250)는 압전 방식에 따라 리본이 상하로 움직일 수 있도록 구동력을 발생시킨다.
압전 구동체(250)는 하부 전극(170)과, 하부 전극(170) 상에 형성되며 소정의 전압이 인가되면 수축 및 팽창하여 상하 구동력을 발생시키는 압전층(180) 및 압전층(180) 상에 형성되며 하부 전극(170) 간에 압전층(180)에 형성되는 소정의 전압을 인가하는 상부 전극(190)을 포함하고 있다.
여기서, 하부 전극(170)과 상부 전극(190)에 소정의 전압이 인가되면 압전층(180)이 수축 및 팽창을 하여 리본의 상하 운동을 발생시킨다. 이때, 리본 상에 형성되는 상부 광반사층(240a)과 절연층(120) 상에 형성되는 하부 광반사층(240b) 간의 간격의 높이에 따라 상부 광반사층(240a)과 하부 광반사층(240b)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차가 변화할 수 있게 된다.
예를 들면, 입사광의 파장이 λ인 경우 광변조기 소자가 변형되지 않은 상태에서(어떠한 전압도 인가되지 않은 상태에서)리본 상에 형성되는 상부 광반사층(240a)과 절연층(120) 상에 형성되는 하부 광반사층(240b) 간의 간격은 λ/2와 같도록 설정되어 있다고 가정한다. 이러한 경우 리본 상에 형성되는 상부 광반사층(240a)과 절연층(120) 상에 형성되는 하부 광반사층(240b)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λ와 같다. 따라서, 0차 회절광의 경우 보강 간섭을 하여 회절광의 세기는 최대값을 가지며, +1차 또는 -1차 회절광의 경우 상쇄 간섭을 하여 회절광의 세기는 최소값을 갖게 된다.
또한, 일정 전압이 압전 구동체(250)에 인가될 때, 리본 상에 형성되는 상부 광반사층(240a)과 절연층(120) 상에 형성되는 하부 광반사층(240b) 간의 간격은 λ/4 또는 3λ/4와 같게 된다. 이러한 경우 리본 상에 형성되는 상부 광반사층(240a)과 절연층(120) 상에 형성되는 하부 광반사층(240b)으로부터 반사된 광 사이의 전체 경로차는 λ/2의 홀수 배와 같다. 따라서, 0차 회절광의 경우 상쇄 간섭을 하여 회절광의 세기는 최소값을 가지며, +1차 또는 -1차 회절광의 경우 보강 간섭을 하여 회절광의 세기는 최대값을 갖게 된다. 상술한 바와 같은 과정을 통해 광변조기 소자는 입사광의 회절 및 간섭을 일으켜서 신호를 빛에 싣는 광변조를 수행하게 된다.
여기서, 도 2에 예시하는 광변조 소자에서의 압전 구동체(250)는 하부전극(170) 상의 전면에 압전층(180)이 형성되어 있는 형태를 가지고 있지만, 이는 일 예에 불과하며 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 물론이다. 즉, 도 2가 예시하는 압전 구동체(250)의 형태 이외에도 다양한 형태(예를 들어, 압전층(180)이 하부 전극(170) 상의 전면에 형성되는 것이 아니라 하부 전극(170) 상의 일부 면에만 형성되어 있는 형태 등)를 가질 수 있다. 다만, 이하의 모든 설명에서는 도 2가 예시하는 광변조 소자의 경우를 중심으로 설명한다.
한편, 압전 구동체(250)의 표면에는 외부 환경으로부터 압전 구동체(250)의 노출부위에 대하여 전기적인 절연을 제공하기 위하여 상부 절연층(200)이 도포되어 있으며, 도포된 상부 절연층(200)에는 상부 전극(190)과 하부 전극(170)을 외부와 전기적으로 접속하기 위한 접점홀이 구비되어 있다.
도 3a 내지 도 3n은 본 발명의 일실시예에 따른 광변조 소자의 제조 방법을 도시한 공정도이다.
도 3a를 참조하면, 기판(110) 상에 절연층(120)을 형성한다. 기판(110)을 구성하는 물질로는 실리콘(Si), 알루미나(Al2O3), 지르코니아(ZrO2), 수정(Quartz), 실리카(SiO2) 등의 물질이 사용되며, 기판의 바닥면과 위층을 다른 이종의 물질을 사용하여 형성할 수도 있다.
절연층(120)은 식각 정지층(etch stop layer)으로서 역할하며, 희생층(130)으로 사용되는 물질을 식각하는 에천트(여기서, 에천트는 식각 가스 또는 식각 용 액임)에 대해서 선택비가 높은 물질로 구성된다. 이때, 절연층(120)으로 사용되는 물질은 실리카(SiO2) 등 일 수 있다.
도 3b를 참조하면, 절연층(120) 상에 희생층(130)을 형성한다. 여기서 희생층(130)은 추후 공정을 거쳐 리본이 구동 공간을 확보하며 절연층(120)과 소정의 간격만큼 이격될 수 있도록 식각될 수 있다. 이때, 희생층(130)으로 사용되는 물질은 실리콘(Si) 또는 폴리 실리콘(Poly-Si) 등일 수 있다.
도 3c를 참조하면, 희생층(130) 상에 구조물층(140)을 형성한다. 구조물층(140)은 추후 공정을 거쳐 리본에 홀이 형성될 수 있다. 여기서, 구조물층(140)으로 사용되는 물질은 Si3N4 등 실리콘나이트라이드 계열(SiXNY)의 물질일 수 있다.
도 3d를 참조하면, 구조물층(140) 상에 식각 방지층(145)을 형성한다. 이러한 식각 방지층(145)은 보호층(150)의 건식 식각시에 구조물층(140)이 식각되지 않도록 방지한다. 식각 방지층(145)은 보호층(150)으로 사용되는 물질을 식각하는 에천트(여기서, 에천트는 식각 가스 또는 식각 용액임)에 대해서 선택비가 높은 물질로 구성된다. 이때, 식각 방지층(145)으로 사용되는 물질은 Al2O3 등 일 수 있다.
도 3e를 참조하면, 식각 방지층(145)위에 보호층(150)을 형성하고, 보호층(150)위에 접합층(160)을 형성한다. 보호층(150)은 후술할 하부 전극(170) 및 접합층(160)의 식각 공정시 그 하부에 위치한 구조물층(140)의 상면이 식각되지 않도록 보호하는 역할을 하며, SiO2 등의 LTO(Low Temperature Oxide) 물질이 이용될 수 있다. 또한, 보호층(150)상에 위치하는 접합층(160)은 보호층(150)의 상면과 하부 전극(170)의 접합을 하는 역할을 하며, 부착력이 우수한 Al2O3, TiO2, TiN, TiSiN, TaN, Ta2O3 등의 절연 물질중 어느 하나의 물질이 이용될 수 있다.
다음으로, 도 3f를 참조하면, 구조물층(140)의 양측단 상에 압전 구동체(250)를 형성하기 위하여 하부 전극(170), 압전층(180) 그리고 상부 전극(190)을 순차적으로 적층한다.
이때, 하부 또는 상부 전극(170, 190)의 전극 재료로는 백금(Pt), 니켈(Ni), 금(Au), 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), IrO2, RuO2등이 사용될 수 있으며, 상술한 전극재료의 조합 중 어느 하나가 사용될 수도 있다. 또한 압전층(180)으로서는 PZT, PNN-PT, PLZT, AlN, ZnO 등의 압전 재료가 사용될 수 있으며, 납(Pb), 지르코늄(Zr), 아연(Zn) 또는 티타늄(Ti) 등의 원소를 한 개 이상 포함하여 구성되는 압전 전해 재료도 사용 가능하다.
이후에, 도 3g에 도시된 바와 같이, 보호층(150), 접합층(160), 하부 전극층(170), 압전층(180), 상부 전극층(190) 그리고 추가되는 상부 절연층(200)을 식각 공정을 통해 제거하여 리본의 양측에 압전 구동체(250)가 위치하는 구성을 완성한다. 이러한 공정은 도 4a 내지 4e에 세분화되어 도시되어 있다.
다음으로, 도 3h를 참조하면, 상부 절연층(200)과 리본(140r)상에 홀을 형성하기 위하여 마스크층(220)을 형성하고 홀을 형성하기 위한 패턴을 형성한다. 여기서, 마스크층(220)으로는 포토 레지스트(PR, Photo Resist) 등이 이용될 수 있다.
포토 레지스트는 감광 물질을 포함하는 고분자 물질로 구성되어 있으며, 빛 이 조사되면 민감하게 반응하여 고분자 사슬이 바뀌는 등에 의해 물성이 변하는 물질이다. 이러한 포토 레지스트는 빛(예를 들어, 자외선 등)을 이용하여 특정한 패턴(pattern)을 만들어내는 포토 리소그래피(Photo lithography)라는 공정에 주로 사용되고 있다. 여기서, 리소그래피(Lithography)는 원하는 형태의 패턴을 만들어내기 위하여 그러한 패턴에 상응하는 일정 부분 이외의 부분을 제거하는(이를 '패터닝(patterning)'이라고도 함) 공정을 말한다. 따라서, 일반적으로 포토 레지스트는 형성시키고자 하는 패턴에 상응하여 패턴 형성될 부분 상에 위치하게 되며, 이후 패터닝 과정을 통해 포토 레지스트가 형성되어 있는 부분이 식각(제거)되지 않도록 하는 역할을 담당한다.
이후에, 도 3i를 참조하면, 마스크층(220)에 형성된 패턴에 따라 홀을 형성하고, 도 3j에 도시된 바와 같이 마스크층(220)을 제거한다.
그리고, 다음에 도 3k에 도시된 바와 같이 새로운 마스크층(230)를 리본상에 도포한다. 여기서, 마스크층(230)으로는 포토레지스트(PR, Photo Resist) 등이 이용될 수 있다.
이후에, 도 3l에 도시된 바와 같이, 마스크층(230)에서 리본상에 상부 반사층(240a)과 하부 반사층(240b)이 형성될 부분을 제거하여 패턴을 형성한다.
다음으로, 도 3m를 참조하면, 마스크층(230)에 형성된 패턴에 따라 광반사 물질(240)을 적층하여 상부 반사층(240a)과 하부 반사층(240b)을 형성한다. 여기서 광반사 물질(240)로서는 예를 들어, 다양한 금속재료(Al, Pt, Cr, Ag등)가 사용될 수 있다.
다음으로, 도 3n을 참조하면, 마스크층(230) 및 마스크층(230)의 상부에 적층되어 있는 광반사 물질(240)이 제거되도록 한다.
이때, 마스크층(230)의 제거 방법으로는 다양한 방법이 이용될 수 있으며, 마스크층(230)을 제거한 후에는 마스크층(230)의 상부에 적층되어 있던 광반사 물질(240)을 떼어낼 수 있도록 광반사 물질(240)을 리프트 오프(lift-off) 하게 된다. 리프트 오프는 마스크층(230)이 제거되면서 마스크층(230)의 상부에 있던 물질도 같이 제거되는 방법을 말한다.
이러한 과정을 통하여 마스크층(230) 및 마스크층(230)의 상부에 적층되어 있던 광반사 물질(240)을 제거할 수 있다.
결국 상술한 과정을 거치면서 제거되지 않은 광반사 물질(240) 즉, 리본(140r)의 반사 영역 상에 적층되어 있던 광반사물질이 상부 광반사층(240a)을 형성하며, 절연층(120) 상에 적층되어 있던 광반사 물질(240)이 하부 광반사층(240b)을 형성하게 된다.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 도 3g의 압전 구동체를 형성하는 과정의 공정도이다.
도 4a에 도시된 바와 같이 구조물층(140)의 양 측단 상에 적층된 상부 전극(190), 압전층(180) 및 하부 전극(170)을 제외한 부분에 적층된 상부 전극(190), 압전층(180) 및 하부 전극(170)을 식각하여 압전 구동체(250)을 형성한다. 이때, 하부 전극(170)과 하부 전극(170)의 식각시에 구조물층(140)을 보호하기 위한 보호층(150)사이의 접합층(160) 또한 동시에 식각된다.
다음에, 도 4b에 도시된 바와 같이, 외부 환경으로부터 상부 전극(190)과 하부 전극(170)을 전기적으로 차단하여 보호하기 위한 상부 절연층(200)을 도포한다.
이후에, 도 4c를 참조하면, 리본상에 위치하는 상부 절연층(200)을 제거하기 위하여 마스크층(210)을 도포하고, 리본상에 도포된 마스크층(210)을 제거한다.여기서, 마스크층(210)으로는 포토 레지스트(PR, Photo Resist) 등이 이용될 수 있다.
다음에, 도 4d를 참조하면, 마스크층(210)에 형성된 패턴에 따라 상부 절연층(200)과 보호층(150)을 식각하여 제거하며, 상부 절연층(200)과 보호층(150)을 일괄적으로 건식 식각으로 제거한다. 이처럼 상부 절연층(200)과 보호층(150)을 식각 균일도가 좋은 건식 식각을 사용하여 식각함에 따라 일정한 선폭을 유지할 수가 있다.
이러한 건식 식각 방법들은 이온 충격에 의한 물리적 방법이나, 플라즈마 속에서 발생된 반응 물질들의 화학 작용, 혹은 이온, 전자, 광자 등에 의해 이루어지는 화학 작용으로서 물리적 화학적 두 현상이 동시에 적용된 방법 등이 있다.
여기에서, 이온 충격에 의한 물리적 방법은 이온 식각 방법으로 이온빔 식각과, RF 스파터 식각 등이 있다.
그리고, 플라즈마 속에서 발생된 반응 물질등의 화학 작용, 혹은 이온, 전자, 광자 등에 의해 이루어지는 화학 작용으로서 물리적 화학적 두 현상이 동시에 적용되는 방법으로는 반응 건식 식각 방법이 있으며, 화학적 반응 건식 식각 방법과 물리적·화학적 반응 건식 식각 방법 등이 있다.
이러한 다양한 건식 식각 방법중에서 플루오르 계열의 가스를 이용한 반응 건식 식각 방법이 이용될 수 있다. 여기서, 플루오르 계열의 식각 가스로는 CF4, NF3, C2F6, C3F8, CHF3 및 SF6 중 어느 하나가 이용될 수 있다.
이후에, 도 4e에 도시된 바와 같이 상부 절연층(200)상에 위치하는 마스크층(210)을 제거한 후에, 상부 전극(190)과 하부 전극(170)의 외부와의 전기적 접속을 제공하기 위한 접점홀(H)을 형성하여 도 3g에 도시된 바와 같이 리본의 양측에 압전 구동체(250)가 위치하는 구성을 완성한다.
도 1a 내지 도 1f는 종래 기술에 따른 광변조 소자에서의 압전 구동체를 형성하기 위한 식각 공정을 나타내는 단면도.
도 2은 본 발명이 적용되는 광변조 소자의 구조를 나타낸 사시도.
도 3a 내지 도 3n은 도 2에 도시된 광변조 소자의 제조 방법을 나타낸 공정도.
도 4a 내지 도 4e는 본 발명의 도 3g의 압전 구동체를 형성하는 과정의 공정도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110 : 기판 120 : 절연층
130 : 희생층 140 : 구조물층
140r : 리본 145 : 식각 방지층
150 : 보호층 160 : 접합층
170 : 하부 전극 180 : 압전층
190 : 상부 전극 200 : 상부 절연층
210,220, 230 : 마스크층 240 : 광반사 물질
240a, 240b : 광반사층

Claims (13)

  1. 기판;
    리본 형상을 하고 있으며, 중앙 부분이 상기 기판에 이격되어 있고, 양끝단이 각각 상기 기판에 부착되어 있는 구조물층;
    상기 구조물층에 적층되어 있으며 압전층을 포함하여 상기 압전층의 양측에 전압이 인가되면 상기 압전층의 수축 또는 팽창에 의하여 상기 구조물층을 상하로 구동시키는 압전 구동체;
    상기 구조물층과 상기 압전 구동체 사이에 적층되어 있으며, 상기 압전 구동체가 식각될 때 상기 구조물층을 보호하기 위한 보호층; 및
    상기 구조물층 위에 적층되어 있으며 상기 보호층이 건식 식각될 때 상기 구조물층을 보호하기 위한 식각 방지층을 포함하여 이루어진 광변조 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판과 상기 구조물층 사이에 위치하여 상기 구조물층을 지지하는 희생층을 더 포함하여 이루어진 광변조 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층과 상기 압전 구동체 사이에 위치하고 있으며, 부착성이 있으며 가스의 확산을 방지하는 접합층을 더 포함하여 이루어진 광변조 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전 구동체를 감싸고 있으며 외부로부터 상기 압전 구동체를 보호하는 상부 절연층을 더 포함하고 있는 광변조 소자.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 식각 방지층의 재료는 Ai2O3의 물질인 것을 특징으로 하는 광변조 소자.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전 구동체는,
    상기 압전층의 하부에 위치하여 상기 압전층에 인가되는 압전 전압을 제공하기 위한 하부 전극; 및
    상기 압전층의 상부에 위치하고, 상기 하부 전극 간에 상기 압전층에 인가되는 압전 전압을 제공하기 위한 상부 전극을 더 포함하며,
    상기 압전층은 상기 하부 전극 상에 위치하고, 상기 압전 전압에 상응하여 수축 또는 팽창을 하여 상기 구조물층의 중앙 부분에 상하 구동력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 광변조 소자.
  7. (a) 기판 상에 절연층을 형성하고, 상기 절연층 상에 희생층을 형성하며, 상기 희생층 상에 구조물층을 형성하고, 상기 구조물층위에 식각 방지층을 형성하며, 상기 식각 방지층 위에 보호층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 구조물층의 양 측단 상에 상기 구조물층의 중앙 부분을 상하로 움직이게 하는 압전 구동체를 형성하는 단계;
    (c) 상기 압전 구동체 위와 개방된 상기 구조물층위에 제1 마스크층을 형성하여 상기 보호층을 건식 식각하는 단계;
    (d) 상기 구조물층의 중앙 부분 중 상부 반사층을 형성할 영역을 제외한 부분 및 그 하면에 위치한 상기 희생층을 식각하여 홀(hole)을 형성하는 단계;
    (e) 상기 구조물층 위에 제2 마스크층을 도포한 후에 상기 상부 반사층을 형성할 영역과 홀이 개방된 패턴을 형성하여 상기 구조물층의 중앙 부분에 입사광을 반사 또는 회절시키는 상기 상부 광반사층을 형성하고, 상기 홀을 통해 상기 절연층 상에 입사광을 반사 또는 회절시키는 하부 광반사층을 형성하는 단계; 및
    (f) 상기 상부 반사층을 형성할 영역의 하면에 위치하는 상기 희생층을 식각하는 단계를 포함하여 이루어진 광변조 소자의 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 마스크층을 구성하는 물질은 포토 레지스트인 것을 특징으로 하는 광변조 소자의 제조 방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 단계 (b)이후에,
    (g) 상기 압전 구동체와 상기 보호층 위에 상부 절연층을 적층하는 단계; 및
    (h) 상기 보호층을 건식 식각으로 식각할 때 상기 상부 절연층을 건식 식각으로 동시에 식각하는 단계를 포함하여 더 포함하여 이루어진 광변조 소자의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 단계 (c)에서
    상기 보호층을 식각하는 건식 식각 방법은 플루오르 계열의 가스를 이용한 건식 식각 방법을 통해 형성하는 것을 특징으로 하는 광변조 소자의 제조 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 플루오르 계열의 가스는 CF4, NF3, C2F6, C3F8, CHF3 및 SF6 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 광변조 소자의 제조 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 단계 (f)는,
    (f-1) 상기 구조물층의 개방된 부위와 상기 압전 구동체의 상부에 상기 제2 마스크층을 도포하는 단계;
    (f-2) 상기 제2 마스크층의 상부와 개방된 패턴 부위에 상기 구조물층의 중앙 부분 중 상기 상부 반사층을 형성할 영역이 개방된 패턴을 형성하는 단계;
    (f-3) 상기 제2 마스크층의 상부와 개방된 패턴 부위에 광반사 물질을 적층하고, 상기 홀을 통해 상기 절연층 상에 입사광을 반사 또는 회절시키는 상기 하부 광반사층을 형성하는 단계; 및
    (f-4) 상기 제2 마스크층 및 상기 제2 마스크층 상에 적층되어 있는 광반사 물질을 제거하여 상기 상부 광반사층을 완성하는 단계를 포함하여 이루어진 광변조 소자의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 단계 (f-4)은,
    상기 제2 마스크층을 제거한 후에 상기 광반사 물질을 리프트 오프(lift-off)시키는 방법으로 제거하는 것을 특징으로 하는 광변조 소자의 제조 방법.
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