KR20100110351A

KR20100110351A - 미세기계 부품 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20100110351A
Application number: KR1020107017288A
Authority: KR
Inventors: 슈테판 핀터; 요아힘 프릿츠
Original assignee: 로베르트 보쉬 게엠베하
Priority date: 2008-02-04
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2010-10-12
Also published as: DE102008007345A1; WO2009097924A3; CN101939252B; CN101939252A; US20110007376A1; US8179584B2; WO2009097924A2; KR101548761B1; DE102008007345B4

Abstract

본 발명은 베이스부와, 전기전도성 재료를 포함하는 선회부와, 상기 선회부의 제1 섹션과 제2 섹션을 서로 전기적으로 절연하는 선회부 절연체를 포함하는 미세기계 부품에 관한 것이다. 제1 가요성 및 전기전도성 연결 부재가 베이스부를 제1 선회부 섹션에 연결하고, 제2 가요성 및 전기전도성 연결 부재가 베이스부를 제2 선회부 섹션에 연결한다. 본 발명은 또한 미세기계 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 다음의 단계들, 즉 전도성 커버층을 갖는 기판 웨이퍼를 제공하는 단계와, 상기 커버층 내에 커버층의 제1 섹션과 제2 섹션을 서로 절연하는 절연 트렌치를 에칭하는 단계와, 베이스부를 제1 선회부 섹션과 연결하는 제1 가요성 및 전기전도성 연결 부재 및 베이스부를 제2 선회부 섹션과 연결하는 제2 가요성 및 전기전도성 연결 부재는 그대로 남겨둔 채, 기판 웨이퍼로부터 상기 커버층의 제1 섹션 및 제2 섹션을 포함하는 선회부 및 베이스부를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

미세기계 부품 및 그의 제조 방법 {MICROMECHANICAL COMPONENT AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 미세기계 부품 및 미세기계 부품의 제조 방법에 관한 것이다.

미세기계 부품은 종래의 방식에 따라 정전기 구동 또는 전자기 구동을 통해 조정된다. 예컨대, 각각 이른바 코움형 전극들(comb electrode) 또는 판 전극들을 포함하는 코움형 구동기 또는 판형 구동기를 이용하여 정전기에 의해 마이크로 미러를 출발 위치로부터 끝 위치로 선회시키는 방법이 공지되어 있다. 상기 유형의 마이크로 미러는 예컨대 프로젝터 또는 스캐너에서 광선들의 광편향을 위해 사용된다. 코움형 구동기는 가속도 센서들의 여기(excitation)를 위해서도 사용된다. 판형 구동기의 또 다른 적용예로서 마이크로 펌프가 있다. 전자기 구동의 경우, 예컨대 마이크로 미러와 같은 가동성 부재 상에 코일을 설치하고, 가동성 부재의 외부에 영구 자석들을 설치하는 것이 일반적이다.

마이크로 미러의 한 변형예에서는, 마이크로 미러가 서로 수직으로 놓인 2개의 회전축을 중심으로 선회될 수 있도록 현수 장착된다. 이러한 현수 구조는 보통 이중 짐벌(gimbal) 방식으로 구현되는데, 이 경우 마이크로 미러는 한 쌍의 비틀림 스프링에 의해 프레임 내에 현수 장착되고, 상기 프레임은 또 다른 한 쌍의 비틀림 스프링에 의해 비가동성 부재들에 현수 장착된다. 예컨대 센서로서 작용하는 추가 전극들을 이용하여 미러를 구동하고 프레임에 대한 상기 미러의 위치를 모니터링하기 위해, 프레임으로의 전기 공급 라인이 제공되어야 한다.

그러나 프레임이 현수 장착되어 있는 비틀림 스프링들에 금속 도체 스트립을 형성하는 경우, 비틀림 스프링들의 가용 표면이 작기 때문에 상기 금속 도체 스트립은 매우 좁게 형성되어야 한다. 이는 공급 라인의 높은 전기 저항을 야기한다. 금속 도체 스트립은 일반적으로 연성을 갖기 때문에 프레임의 편향을 감쇠시키며, 프레임 및 상기 프레임을 지지하는 비틀림 스프링으로 구성된 진동체의 품질을 저하시킨다. 그 결과, 상기 감쇠를 보상하기 위한 목적으로 미러의 공진 구동을 수행하는 데 있어 더 높은 편향력과 더불어 그에 상응하는 더 높은 구동 전압 및/또는 구동 전류가 요구된다. 그러나 구동 전압 및 구동 전류는, 특히 도체 스트립들의 폭 및 도체 스트립들 상호 간의 간격을 제한하는 비틀림 스프링들의 제한된 표면에 의해 제한된다. 그 밖에도 도체 스트립들은 구동 중에 상기 도체 스트립들을 지지하는 비틀림 스프링들의 변형으로 인해 심각한 파손을 입을 수 있다.

본 발명의 과제는 청구항 제1항의 특징들을 갖는 미세기계 부품 및 청구항 제8항의 특징들을 갖는 미세기계 부품의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은, 예컨대 비틀림 스프링이나 탄성 빔과 같은 2개 이상의 가요성 연결 부재들에 의해 움직일 수 있게 서로 연결된 베이스부와 선회부를 구비한 미세기계 부품에서, 연결 부재들 상에 금속 도체 스트립들을 형성할 필요 없이 상기 연결 부재들 자체를 전도성을 갖도록 설계함으로써 상기 연결 부재들이 공급 라인으로서 사용될 수 있다는 착상에 기반한다. 이 경우, 선회부는 선회부의 2개의 섹션을 전기적으로 상호 절연하는 절연체 및 전도성 재료를 포함한다. 2개의 연결 부재 중 제1 연결 부재는 선회부의 제1 섹션에 연결되고, 제2 연결 부재는 선회부의 제2 섹션에 연결된다.

선회부 자체가 전도성 재료를 포함하므로, 제1 연결 부재 또는 제2 연결 부재와, 상기 연결 부재가 선회부로 연결되는 각각의 제1 선회부 섹션 또는 제2 선회부 섹션 사이에 각각 하나의 전기적 연결이 형성된다. 이로써 선회부 측에서 관련된 제1 또는 제2 선회부 섹션 내에 존재하는 선회부의 전도성 재료가 예컨대 도체 스트립들에 의해 접촉될 수 있고, 이러한 방식으로 제1 또는 제2 연결 부재를 통해 연장되는, 베이스부로의 전기적 연결이 형성될 수 있다. 이때, 연결 부재들 자체는 여전히 도체 스트립들 및 접점들을 갖지 않는다.

제1 선회부 섹션과 제2 선회부 섹션 상호 간의 전기적 절연에 의해, 선회 부재의 전도성 재료를 통해 두 연결 부재가 단락되는 일이 방지된다. 이로써 두 연결 부재를 통해 서로 전기적으로 독립된 2개의 공급 라인이 형성될 수 있다. 예를 들면, 각각 하나의 연결 부재를 통해 선회부의 구동을 위한 구동 전극 및 선회부의 현재 선회 위치의 검출을 위한 센서 전극이 구현될 수 있다. 연결 부재가 추가로 제공되면 전기적으로 독립적인 공급 라인의 수가 그에 상응하게 증가한다.

도체 스트립들이 약화되지 않으면서 연결 부재들로의 전기적 연결들이 제공되기 때문에, 구동 전압이 인가되면, 특히 선회부가 공명 진동 상태로 여기되는 경우에 선회부의 매우 큰 편향각이 달성될 수 있다. 역으로, 충분한 편향을 달성하기 위해 구동 전압을 낮출 수도 있으며, 그 결과 부품의 출력 소모량 및 열 발생량이 감소한다. 그 대안으로, 구동 전압은 변동시키지 않으면서 보다 큰 토크를 이용하여 동일한 편향각을 달성하기 위해, 연결 부재들의 스프링 강성을 높이는 것도 가능하다. 이러한 조치로써, 외부의 간섭에 대한 매우 낮은 민감도, 선회부의 바람직하게 짧은 복귀 시간, 그리고 기계적 충격 및 정전기 소멸에 대한 높은 강도가 달성된다.

한 바람직한 개선예에 따르면, 제1 및/또는 제2 연결 부재가 선회부와 동일한 전도성 재료를 포함한다. 이 경우, 제1 및/또는 제2 연결 부재와 선회부가 하나의 제조 단계에서 동일한 재료 블록으로부터 형성될 수 있는 장점이 있다. 또한, 특히 일체형으로 제조되는 경우 제1 및/또는 제2 연결 부재와 상기 제1 및/또는 제2 연결 부재가 연결되는 각각의 선회부 섹션 사이의 접촉 저항이 낮아진다.

한 바람직한 개선예에 따르면, 선회부 상에서 제1 선회부 섹션과 제2 선회부 섹션을 서로 절연하는 선회부 절연체가 제1 선회부 섹션과 제2 선회부 섹션 사이에 절연 트렌치를 포함한다. 이러한 방식으로, 웨이퍼 표면 상에 간단하게 실행되는 트랜치 에칭 공정을 이용하여 선회부 섹션들이 원하는 기하학적 형태로 형성될 수 있다.

한 바람직한 개선예에 따르면, 선회부는 전도성 기판을 포함한다. 선회부 절연체는 전도성 기판에 대해 제1 선회부 섹션과 제2 선회부 섹션을 절연하는 절연층을 포함한다. 이 경우, 전도성 기판으로부터 예컨대 전극 블록들 및 다른 전도성 부재들이 형성될 수 있으며, 이때 절연층의 기판측을 따르는 상기 전극 블록들 및 다른 전도성 부재들의 기하학적 배치가 절연층의 기판 반대편 측에서의 제1 및 제2 선회부 섹션의 기하학적 배치 가능성을 제한하지는 않는다는 장점이 있다.

한 바람직한 개선예에 따르면, 선회부 상에 도체 스트립이 형성되며, 이 도체 스트립은 절연층 내 개구를 통해 제1 선회부 섹션을 전도성 기판과 연결한다. 이 경우, 상기 개구의 하부에 놓인 기판 영역, 예컨대 상기 영역 내에서 기판에 형성된 전극이 도체 스트립, 제1 선회부 섹션 및 제1 연결 부재를 통해 베이스부와 전기적으로 연결됨으로써, 상기 기판 영역에 예컨대 베이스부 측으로부터 구동 전압이 공급될 수 있다. 특히, 절연 트렌치 위에 도체 스트립이 형성된 경우에는 제1 선회부 섹션의 하부에 놓이지 않는 기판 영역에도 접촉될 수 있다.

한 바람직한 개선예에 따르면, 베이스부가 제1 전도성 베이스부 섹션과 제2 전도성 베이스부 섹션을 서로 전기적으로 절연하는 베이스부 절연체를 포함한다. 제1 연결 부재가 제1 선회부 섹션을 제1 베이스부 섹션과 연결하고, 제2 연결 부재가 제2 선회부 섹션을 제2 베이스부 섹션과 연결한다. 그럼으로써, 제1 또는 제2 연결 부재와, 베이스부에 연결된 각각의 제1 베이스부 섹션 또는 제2 베이스부 섹션 사이에 각각 하나의 전기적 연결이 형성된다. 이로써, 베이스부 측에서 관련된 전도성 베이스부 섹션이 예컨대 도체 스트립들에 의해 접촉되며, 이러한 방식으로 제1 및/또는 제2 연결 부재를 통해 연장되는, 선회부로의 전기적 연결이 형성될 수 있다. 연결 부재들 자체는 여전히 양 측면에 접점들 및 도체 스트립들을 갖지 않는다.

본 발명에 따른 미세기계 부품의 제조 방법은 다음의 단계들, 즉, 전도성 커버층을 포함하는 기판 웨이퍼를 제공하는 단계와, 커버층 내에 커버층의 제1 섹션과 제2 섹션을 서로 절연하는 절연 트렌치를 에칭하는 단계와, 베이스부를 제1 선회부 섹션과 연결하는 제1 가요성 및 전기전도성 연결 부재 및 베이스부를 제2 선회부 섹션과 연결하는 제2 가요성 및 전기전도성 연결 부재는 그대로 남겨둔 채 기판 웨이퍼로부터 상기 커버층의 제1 섹션 및 제2 섹션을 포함하는 선회부와 베이스부를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 방법의 한 바람직한 개선예에 따르면, 제1 및/또는 제2 연결 부재가 전도성 커버층으로부터 형성된다. 이러한 방식으로, 선회부는 커버층 내에서 웨이퍼 평면에 대해 평행하게 연장되는 선회축선을 중심으로 선회할 수 있고, 그 결과 예컨대 기판에 형성된 전극들을 이용하여 선회축선의 주위에 높은 토크가 발생할 수 있다.

한 바람직한 개선예에 따르면, 절연 트렌치의 에칭이 등방성으로 실시된다. 이 경우, 절연 트렌치의 측벽들이 경사진 연장부를 가지게 됨으로써 커버층 상에 절연 트렌치를 횡단하는 도체 스트립들이 제공될 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 하기에서 개략적인 도면들에 제시된 실시예들을 토대로 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 미세기계 부품의 개략적인 평면도이다.
도 2a는 도 1에 표시된, 도 1의 미세기계 부품의 한 세부 섹션의 확대도이다.
도 2b는 미세기계 부품의 또 다른 변형예와 관련한, 도 1에 표시된 세부 섹션의 확대도이다.
도 3a는 도 1 및 도 2a의 미세기계 부품의 횡단면도이다.
도 3b는 편향된 상태에 있는, 도 1 및 도 2a의 미세기계 부품의 횡단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 한 실시예에 따른 미세기계 부품의 개략적 평면도이다.
도 5는 또 다른 한 실시예에 따른 미세기계 부품의 개략적 평면도이다.
도 6은 한 실시예에 따른 미세기계 부품의 제조 공정의 순서도이다.

모든 도면에서 같은 부재들 또는 기능이 동일한 부재는 -별도로 기술되어 있지 않다면- 동일한 도면 부호를 갖는다.

도 1에는 본 발명의 한 실시예에 따른 미세기계 부품(100)을 나타내는 마이크로 미러 장치(100)의 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 도 2a에는 도 1에 "A/B"로 표시된, 도 1의 마이크로 미러 장치의 세부 섹션의 확대도가 도시되어 있다. 마이크로 미러 장치(100)는, 예컨대 적절하게 도핑된 실리콘 또는 다른 반도체 재료와 같은 전도성 기판과, 그보다 더 얇은, 동일하거나 상이한 재료로 된 전도성 커버층(300)과, 예컨대 실리콘 산화물로 이루어진, 기판과 커버층(300) 사이의 중간 절연층을 갖는 다중층 웨이퍼로부터 제조된다. 도 1 및 도 2a의 평면도는 웨이퍼 평면에 대해 수직으로 위에서 커버층(300)을 바라본 모습에 상응한다.

마이크로 미러 장치(100)는 베이스부(102)를 포함하며, 이 베이스부는 연속형 갭(130)에 의해 상기 베이스부와 분리된 선회부(104)를 프레임 형태로 둘러싼다. 선회부(104)는 간략한 도시를 위해 도 2a의 세부도에 도시된 비틀림 스프링들(112, 114)에 의해서만 탄성적으로 베이스부(102)에 현수되며, 베이스부(102)에 대해 비틀림 스프링들(112, 114)에 의해 정의된 축선(136)을 중심으로 제도 평면 내부쪽으로 선회될 수 있다. 마이크로 미러 장치는 축선(136)을 따라 총 4개의 비틀림 스프링(112, 114)을 포함하며, 상기 비틀림 스프링들 중 제1 비틀림 스프링(112) 및 제2 비틀림 스프링(114)은 도 2a에 도시된 제1 현수 영역(132)에 배치되고, 다른 2개의 비틀림 스프링은 제2 현수 영역(134)에 배치된다. 축선(136)은 베이스부(102)와 선회부(104) 사이의 갭(130)의 중심부에서 현수 영역들(132, 134) 내에 커버층(300)의 높이로 연장된다. 비틀림 스프링들(112, 114)은 선회부(104) 또는 베이스부(102)로부터 축선(136)을 지나 갭(130) 내로 돌출되는 돌출부들(154, 156)에 현수된다.

선회부(104)는 2개의 현수 영역(132, 134) 사이에 예컨대 직사각형의 내부 프레임(128)을 가지며, 이 내부 프레임 내에는 2개의 추가 비틀림 스프링(124, 126) 사이에 예컨대 원형 반사판(122)이 현수된다. 상기 추가 비틀림 스프링들(124, 146)이 축선(136)에 수직으로 연장되는 또 다른 축선(138)을 따라 배치됨으로써 베이스부(102)에서 전체적으로 이중 캐스케이딩 방식의 반사판(122) 현수부(112, 114, 128, 124, 126)가 구현된다.

2개의 현수 영역(132, 134)에서는 제도 평면에 대해 수직으로 축선(136)을 통과하여 연장되는 평면을 따라 선회부(104)의 전극 블록(144)과 베이스부(102)의 전극 블록(146)이 대면하여 놓인다. 상기 두 전극 블록(144, 146)은 웨이퍼의 기판으로부터 형성되고 각각 한 무리의 평행판 전극(140, 142)을 포함하며, 상기 평행판 전극들 각각은 축선(136)에 수직으로 연장되는 평면 내에 배치된다. 도시된 평면도에서 전극 블록들(144, 146)은 그 위에 놓인 커버층(300)에 의해 덮여 있기 때문에, 판 전극들(140, 142)의 윤곽이 파선으로 그려져 있다. 선회부(104)의 각각의 판 전극(140)은 베이스부(102)의 2개의 판 전극(142) 사이의 갭(148)과 대면하여 놓이고, 상기 갭이 판 전극(142)보다 더 넓기 때문에, 마이크로 미러 장치의 작동 시 선회부(104)가 축선(136)을 중심으로 제도 평면 내부쪽으로 선회할 때 양측 전극 블록들(144, 146)이 마찰 없이 서로의 내부로 슬라이딩한다.

전극 블록들(144, 146)의 축선(136) 반대편 측면에는 각각 판 전극들(140, 142)을 지지하는 솔리드 기판 블록(150, 152)이 관련 전극 블록(144, 146)에 연결된다. 양측 블록들(144, 166) 각각의 판 전극들(140, 142)은 상기 지지 기판 블록들(150, 152)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 전극 블록들(140, 142) 및 솔리드 기판 블록들(150, 152) 상부에는 중간 절연층이 연장되고, 상기 중간 절연층 위에 전도성 커버층(300)이 연장되므로, 도시된 평면도에서 판 전극들(140, 142)의 모습은 커버층(300) 및 중간층에 가려져 있다.

커버층(300) 내에는 선회부(104)의 측에서 절연 트렌치들(106)이 에칭되고, 이 절연 트렌치들은 중간 절연층에까지 도달하며, 도 2a에 도시된 제1 현수 영역 내부에 있는 선회부(104)의 커버층(300)을 측방향으로 제1 선회부 섹션(108), 제2 선회부 섹션(110) 및 제3 선회부 섹션(111)으로 나누며, 그 결과 상기 3개의 섹션(108, 110, 111) 내 커버층(300)의 전도성 재료가 절연 트렌치들(106) 및 커버층(300) 밑에 놓이는 중간 절연층에 의해 각각 다른 섹션들(108, 110, 111) 내의 커버층(300)의 전도성 재료에 대해 서로 절연된다.

동일한 방식으로, 베이스부(102)의 측에서도 상응하는 절연 트렌치들(116)이 커버층(300) 내에 애칭되고, 이 절연 트렌치들은 중간 절연층에까지 도달하며, 도2a에 도시된 제1 현수 영역 내부에 있는 베이스부(102)의 커버층(300)을 측방향으로 제1 베이스부 섹션(118), 제2 베이스부 섹션(120) 및 제3 베이스부 섹션(121)으로 나누며, 그 결과 상기 3개의 섹션(118, 120, 121) 내 커버층(300)의 전도성 재료가 절연 트렌치들(116) 및 커버층(300) 밑에 놓이는 중간 절연층에 의해 각각 다른 섹션들(118, 120, 121) 내의 커버층(300)의 전도성 재료에 대해 서로 절연된다.

제1 선회부 섹션(108)은 돌출부(154)를 포함하며, 이 돌출부에 의해 제1 비틀림 스프링(112)이 선회부(104)에 고정된다. 제1 베이스부 섹션(118)은 절연 트렌치(116)에 의해 나뉘어진 돌출부(156) 부분을 포함하며, 이 돌출부 부분에 의해 제2 비틀림 스프링(114)이 베이스부(102)에 고정된다. 제1 비틀림 스프링(112)은 제1 선회부 섹션(108) 및 제1 베이스부 섹션(118) 내의 커버층(300)과 동일한 전도성 재료를 포함한다. 따라서 제1 베이스부 섹션(118)과, 제1 비틀림 스프링(112)과, 제1 선회부 섹션(108)은 베이스부(102)로부터 선회부(104)로의 전기전도성 공급 라인(118, 112, 108)을 형성한다. 이와 유사한 방식으로, 제2 베이스부 섹션(120)과, 제2 비틀림 스프링(114)과, 제2 선회부 섹션(110)에 의해 베이스부(102)로부터 선회부(104)로의 또 다른 전기전도성 공급 라인이 형성된다. 도1에는 도시되지 않은 상응하는 절연 트렌치들이 제2 현수 영역(134)에도 제공됨으로써, 축선(136)을 따라 4개의 비틀림 스프링을 통해 서로 독립적이면서 절연 트렌치들(106, 116)에 의해 서로 절연되는, 베이스부(102)로부터 선회부(104)로의 총 4개의 전기 공급 라인이 제공될 수 있다.

도 3a에는 도 1 및 도 2a의 마이크로 미러 장치의 횡단면도가 도시되어 있으며, 그 절단면은 도 2a에 A--A'로 표시되어 있고 도 1 및 도 2a의 제도 평면에 대해 수직으로 연장된다. 상기 횡단면도는 두툼한 기판(304)과, 상기 기판 위에 놓이는 절연층(302)과, 커버층(300)을 포함하는 다중층 웨이퍼로 구성된 장치의 구조를 보여준다. 기판(304)으로부터 판 전극들(140, 142) 및 상기 판 전극들을 지지하는 솔리드 블록들(150, 152)이 형성된다. 커버층(300)은 전체적으로 절연층(302)에 의해 기판 평면(304)으로부터 절연된다. 절연층(302)에까지 도달하며 커버층(300)의 섹션들(108, 111 또는 118, 121)을 측방향으로 서로 절연하는 절연 트렌치들(106, 116)은 아래쪽으로 가면서 점점 좁아지는 횡단면을 가지며, 이러한 횡단면은 예컨대 등방성 에칭 공정에 의해 생성될 수 있다.

커버층(300) 위에는 금속 도체 스트립들(160 내지 164)이 형성되며, 이들은 이들의 하부에 적절하게 삽입된 도체 스트립 절연층(306)에 의해 커버층(300)과 전기적으로 절연된다. 도체 스트립 절연층(306)은 절연 트렌치들(106, 116)의 경사진 벽들에도 덮인다. 도 3a에는 예컨대 라인 A--A'을 따라 형성되는 도체 스트립(164)의 연장부가 도시되어 있다. 도체 스트립(164)은 완만하게 만곡되는 경사진, 절연 트렌치의 벽들 위에 연장되며, 그 하부에 연속으로 도체 스트립 절연층(306)이 놓이는 방식으로 절연 트렌치(106)를 가로지른다. 기판 접촉 지점(170)에서 커버층(300) 내부로 깔때기 형태의 홈(174)이 에칭되며, 이 홈은 절연 트렌치들(106, 116)과 마찬가지로 완만하게 만곡되는 경사진 측벽들을 가지며, 이 측벽들은 도체 스트립 절연층(306)에 의해 덮인다. 깔때기형 홈(174)의 중심부에서 커버층(300) 하부에 연장되는 중간 절연층(302)이, 예컨대 제조 과정 중 중간층(302)의 재료가 국부적 및 선택적으로 제거되는 에칭 단계에 의해 기판을 향해 뚫린다. 도체 스트립은 상기 지점(170)에서 판 전극(140)의 영역에 놓인 기판(304)과 접촉된다. 제1 선회부 섹션(108)에 놓인 커버층 접촉 지점(172)에서는 도체 스트립 절연층(306)이 단속됨으로써, 도체 스트립(164)이 제1 선회부 섹션(108)과 접촉된다. 도 2a에서 볼 수 있듯이, 도체 스트립(164)은 미러 프레임(128)의 방향으로 진행된다.

베이스부(102) 상에는 상응하게 형성된 도체 스트립(162)이 제1 베이스부 섹션(118)에 놓인 커버층 접촉 지점(172)까지 연장된다. 그럼으로써 베이스부의 가장자리에 놓인 도체 스트립(162)의 끝에서부터 상기 도체 스트립의 커버층 접촉 지점(172)과, 제1 베이스부 섹션(118)과, 제1 비틀림 스프링(112)과, 제1 선회부 섹션(108)과, 도체 스트립(164)의 커버층 접촉 지점(172)과, 도체 스트립(164)과, 상기 도체 스트립(164)의 기판 접촉 지점(170)을 지나 판 전극(140)에까지 전체적으로 1개의 전기 공급 라인이 제공된다. 상기 공급 라인은 작동 시 예컨대 전극 블록(144)의 판 전극(140)의 구동을 위해 사용될 수 있다. 또한, 도체 스트립(164)이 미러 프레임(128)의 방향으로 진행됨으로써 예컨대 제2 현수 영역(134)에서 선회부(104)의 동일 유형의 전극 블록(144')으로의 연결이 제공될 수 있으며, 그럼으로써 선회부의 판 전극(140, 140')이 미러 프레임(128)의 양 측면에서 도체 스트립(162)을 통해 공동으로 구동될 수 있다.

베이스부(102)의 가장자리에서부터 도체 스트립(161)과, 제2 베이스부 섹션(120) 내에 놓인 커버층 접촉 지점(172)과, 2개의 비틀림 스프링(114)과, 제2 선회부 섹션(110) 내에 놓인 또 다른 커버층 접촉 지점(172)과, 선회부(104) 상에 연장되는 도체 스트립(163)을 통해 또 다른 전기적 연결이 제공된다. 상기 연결을 통해 예컨대 미러 프레임(128) 상에 놓인 (도시되지 않은) 센서 전극이 반응할 수 있으며, 상기 센서 전극을 이용하여 미러 프레임(128)의 편향 위치가 모니터링될 수 있다. 도체 스트립(160) 및 그에 연결된 기판 접촉 지점(170)은 베이스부(102)의 가장자리로부터 베이스부(102)의 전극 블록(146) 내 판 전극(142)으로의 전기 공급 라인을 제공한다. 또한, 도시된 것처럼 도체 스트립(160)이 제2 현수 영역(134)의 방향으로 진행됨으로써 예컨대 제2 현수 영역(134) 내에 있는 베이스부(102)의 동일 유형의 전극 블록(146')으로의 연결이 제공될 수 있으며, 그 결과 베이스부(102)의 판 전극들(142, 142')이 모두 도체 스트립(160)을 통해 구동될 수 있다.

도 3b에는 도 1, 도 2a 및 도 3a의 마이크로 미러 장치(100)가 편향된 상태에 있는 모습이 도시되어 있으며, 이 상태에서는 선회부(104)가 축선(136)을 중심으로 베이스부(102)에 대해 선회된다. 선회 시 판 전극들(140, 142)의 부분 중첩(308)이 나타나며, 이때 중첩(308) 면적은 축선(136)을 중심으로 하는 선회가 진행될수록 더 커진다. 이처럼 부분적으로 중첩되는 선회부(104)와 베이스부(102)의 판 전극들(140, 142)은, 더 많이 선회될수록 커패시턴스가 더 커지는 판형 커패시터를 형성한다.

마이크로 미러 장치(100)의 작동 시 도체 스트립들(160, 162)에 전압이 인가되면, 선회부(104) 또는 베이스부(102)의 전극 블록들(144, 146)이 상이한 전위에 놓인다. 상기 두 블록(144, 146)의 판 전극들(140, 142)은 마찰 없이 맞물리도록 서로의 내부로 당겨진다. 그럼으로써 구동 전압에 따라 원칙적으로 큰 선회각이 달성될 수 있다.

도 2b에는 또 다른 변형예와 관련한, 도 1에 표시된 세부 섹션의 확대도가 도시되어 있다. 도 1 및 도 2a의 실시예와 달리, 도 1 및 도 2b의 실시예는 베이스부(102)와 선회부(104) 사이의 연결 부재들로서 탄성 빔(112, 114)을 포함한다. 이러한 탄성 빔들은 예컨대 에피택셜 성장법으로 제공된 폴리실리콘과 같은 전도성 재료로 이루어진, 추가로 제공된 얇은 층으로 형성될 수 있다. 또 다른 차이점은, 제1 선회부 섹션(108)에서 커버층(300) 내 깔때기형 홈 내에 국부적 접촉 지점(176)이 형성되고, 이 국부적 접촉 지점은 직접적으로 제1 선회부 섹션(108) 내 커버층(300)과 그 아래에 놓인 솔리드 기판(150) 사이의 전기적 접촉을 형성한다. 그럼으로써 도체 스트립(162)과, 제1 베이스부 섹션(118)과, 탄성 빔(112)과, 제1 선회부 섹션(108)과, 국부적 접촉 지점(176)과, 솔리드 기판 블록(150)을 통해 선회부(102)의 판 전극(140)으로의 전기 공급 라인이 형성된다.

또한 본 실시예에는, 정지 상태로부터 작동 시작 시 일정치 않은 토크 거동을 방지하기 위해, 편향되지 않은 상태에서도 대면하여 놓인 판 전극(142)과 중첩되는 세장형 스타터 전극(180)이 도시되어 있다. 이러한 스타터 전극의 대안으로, 장치가 작동 중에 예컨대 1°의 최소 편향각 이상에서만 작동됨으로써 일정한 토크 거동이 달성될 수 있다. 또한, 그러한 구동 모드에서는 웨이퍼 평면에 대해 평행하게 배치된 입사 윈도우 또는 방출 윈도우에서, 미러(122)에 의해 편향된 광의 간섭성 광반사가 방지될 수 있다.

도 4에는 또 다른 한 실시예에 따른 마이크로기계 부품의 개략적 평면도가 도시되어 있다. 도 1의 개략적 평면도에서와 같이, 간략한 도시를 위해 절연 트렌치들(106, 116), 도체 스트립들(160 내지 164) 및 베이스부(102)와 선회부(104) 사이의 연결 부재들(112, 114)은 도시되지 않았다. 그러나 이들은 도 1의 실시예와 유사한 방식으로 제공된다. 본 실시예에서는, 제2 현수 영역(134) 내 전극 블록들(144', 146')의 위치가 제1 현수 영역에서의 전극 블록들(144, 146)의 위치에 비해 뒤바뀌어 있다. 제1 현수 영역(132) 내 전극 블록들(144, 146) 또는 제2 현수 영역(134) 내 전극 블록들(144', 146')의 독립 구동에 의해, 미러(122)는 축선(136)을 중심으로 상이한 선회 방향으로 선회할 수 있다.

도 5에는 또 다른 한 실시예에 따른 마이크로기계 부품의 개략적 평면도가 도시되어 있다. 간략한 도시를 위해 도체 스트립들(160 내지 164)은 도시되지 않았다. 그러나 이들은 도 1의 실시예와 유사한 방식으로 제공된다. 본 실시예에서는 각각의 현수 영역(132, 134) 내에서 베이스부(102)의 전극 블록들이 쌍을 이루어 대면 배치되어 있다. 미러 프레임(128)은, 각각의 현수 영역(132, 134) 내에서 쌍을 이루어 대면 배치된 베이스부(102)의 전극 블록들 사이의 전체 중심선을 따라 연장되는 2개의 비틀림 스프링(112, 114) 사이에 선회부(104)로서 현수된다. 비틀림 스프링들(112, 114)에는 가동성 판 전극들(140)이 현수되며, 상기 판 전극들은 구동 시 축선(136)을 중심으로 2개의 방향으로 선회될 수 있다.

미러 프레임(128) 상에는, 선회 가능한 상기 미러 프레임(128)의 제1 섹션(108)과 제2 섹션(110)을 서로 절연하는 2개의 절연 트렌치(106)가 형성된다. 이와 유사한 절연 트렌치들(116)은 제1 베이스부 섹션(118)과 제2 베이스부 섹션(120)을 서로 절연한다. 이러한 방식으로, 비틀림 스프링들(112, 114) 상호 간의 전기적 절연이 구현되며, 이로써 2개의 현수 영역(132, 134) 내에 있는 가동성 판 전극들(140, 140')이 상이하게, 예컨대 판 전극들(140)은 구동에 사용되고 판 전극들(140')은 위치 검출에 사용되는 방식으로 스위칭될 수 있다. 또한, 프레임 비틀림 스프링(114) 및 미러 비틀림 스프링(124)을 통해 미러(122) 및 경우에 따라 상기 미러의 배면에 형성된 전극들이 전기적으로 반응할 수 있다.

도 6에는 일 실시예에 따른 미세기계 부품의 제조 공정의 순서도가 도시되어 있다. 단계 600에서는 두툼한 기판층, 보다 얇은 커버층 및 산화물 재료로 된 중간 절연층을 포함하는 SOI 웨이퍼가 준비된다. 예컨대 그러한 웨이퍼는 시중에서 구할 수 있거나, 공지된 방법으로, 예컨대 SIMOX 기법으로 또는 산화물 층 상에 폴리실리콘을 에피택셜 성장시켜 제공하는 방법으로 제조될 수 있다.

단계 602에서는 커버층 상에 선택적으로 예컨대 일반적인 반도체 공정을 이용하여 예컨대 압전 저항 소자와 같은 추가의 전기 소자들이 제공된다.

단계 604에서는 - 적절한 에칭 마스크의 적층 및 구조화 이후 - 등방성 에칭 기법을 이용하여 커버층 내에 절연 트렌치가 중간층에까지 에칭됨에 따라, 상기 절연 트렌치가 커버층의 제1 섹션과 제2 섹션을 측방향으로 서로 절연한다. 또한, 커버층과 기판 사이의 접점들이 형성되어야 하는 지점들에서 선택적 에칭이 실시될 수 있다.

단계 606에서는 연속하는 절연층(306)이 제공되며, 이 절연층은 커버층의 표면뿐 아니라, 단계 604에서 에칭된 절연 트렌치들 또는 선택적으로 에칭된 홈들의 내부에도 연속으로 덮인다.

단계 608에서는, 단계 606에서 제공된 절연층(306)에서 도체 스트립과 커버층 사이의 접점이 형성되어야 하는 지점들이 커버층을 향해 뚫린다. 단계 604에서 중간층에까지 에칭되었던 홈들의 바닥에서는, 절연층(306) 및 경우에 따라 상기 절연층 아래에 놓인 중간층도 커버층과 기판 사이 또는 도체 스트립과 기판 사이의 접점이 형성되어야 하는 지점들에서 기판을 향해 뚫린다.

단계 610에서는, 도체 스트립 및 예컨대 아일렛과 같은 접속 패드들을 형성하기 위해 금속층이 적층 및 구조화되는데, 이때 절연층 및 경우에 따라 중간층이 뚫렸던 지점들에서 도체 스트립, 커버층 또는 기판 사이의 상응하는 접촉이 구현된다.

단계 612에서는, 웨이퍼의 기판측에서 트렌치 에칭 공정을 통해 코움형 전극들이 에칭되며, 이때 기판 내에서 중간 절연층에까지 도달하는 절연 트렌치는 베이스부의 영역과 상기 베이스부에 대해 선회 가능하게 형성될 선회부의 영역을 서로 분리한다.

단계 614에서는, 커버층 측에서 적절한 트렌치 에칭 공정을 통해 베이스부의 영역들과 선회부의 영역들 사이에 커버층의 전도성 재료로 이루어진 탄성 빔 또는 비틀림 스프링과 같은 2개 이상의 연결 부재가 형성되며, 더 구체적으로는 베이스부가 연결 부재들 중 하나를 통해 제1 선회부 섹션과 연결되고, 연결 부재들 중 다른 하나를 통해 제2 선회부 섹션과 연결되도록 형성된다. 노출된 중간층은, 베이스부 및 선회부가 연결 부재들에만 계속 연결되어 서로 탄성적으로 선회할 수 있도록, 적절한 지점들에서 제거된다.

Claims

미세기계 부품(100)이며,
베이스부(102)와,
전기전도성 재료(300)를 포함하는 선회부(104)와,
상기 선회부(104)의 제1 섹션(108)과 제2 섹션(110)을 서로 전기적으로 절연하는 선회부 절연체(106, 302)와,
베이스부(102)를 제1 선회부 섹션(108)에 연결하는 제1 가요성 및 전기전도성 연결 부재(112)와,
베이스부(102)를 제2 선회부 섹션(110)에 연결하는 제2 가요성 및 전기전도성 연결 부재(114)를 포함하는 미세기계 부품(100).
제1항에 있어서, 제1 및/또는 제2 연결 부재가 전기전도성 재료(300)를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기계 부품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 선회부 절연체(106, 302)가 제1 선회부 섹션(108)과 제2 선회부 섹션(110) 사이에 절연 트렌치(106)를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기계 부품.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 선회부(104)는 전도성 기판(304)을 포함하며, 선회부 절연체(106, 302)는 상기 기판(304)에 대해 제1 선회부 섹션(108)과 제2 선회부 섹션(110)을 절연하는 절연층(302)을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기계 부품.
제4항에 있어서, 선회부(104) 상에 도체 스트립(164)이 형성되며, 이 도체 스트립은 절연층(302) 내 개구를 통해 제1 선회부 섹션(108)을 전도성 기판(304)과 연결하는 것을 특징으로 하는 미세기계 부품.
제3항에 따르는 경우, 제5항에 있어서, 도체 스트립(164)이 절연 트렌치(106) 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 미세기계 부품.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 베이스부(102)가 제1 베이스부 섹션(118)과 제2 베이스부 섹션(120)을 서로 전기적으로 절연하는 베이스부 절연체(116, 302)를 포함하고, 제1 연결 부재(112)가 제1 선회부 섹션(108)을 제1 베이스부 섹션(118)과 연결하며, 제2 연결 부재(114)가 제2 선회부 섹션(110)을 제2 베이스부 섹션(120)과 연결하는 것을 특징으로 하는 미세기계 부품.
미세기계 부품(100)을 제조하는 방법이며,
전도성 커버층(300)을 포함하는 기판 웨이퍼(304, 302, 300)를 제공하는 단계(600)와,
커버층(300) 내에 상기 커버층(300)의 제1 섹션(108)과 제2 섹션(110)을 서로 절연하는 절연 트렌치(106)를 에칭하는 단계(400)와,
베이스부(102)를 제1 선회부 섹션(108)과 연결하는 제1 가요성 및 전기전도성 연결 부재(112) 및 베이스부(102)를 제2 선회부 섹션(110)과 연결하는 제2 가요성 및 전기전도성 연결 부재(114)는 그대로 남겨둔 채, 기판 웨이퍼(304, 302, 300)로부터 상기 커버층(300)의 제1 섹션(108) 및 제2 섹션(110)을 포함하는 선회부(104)와 베이스부(102)를 형성하는 단계(614)를 포함하는, 미세기계 부품(100)의 제조 방법.
제8항에 있어서, 제1 연결부재(112) 및/또는 제2 연결 부재(114)가 전도성 커버층(300)으로부터 형성되는 것을 특징으로 하는, 미세기계 부품의 제조 방법.
제8항 또는 제9항에 있어서, 절연 트렌치(106)의 에칭(400)은 등방성으로 실시되는 것을 특징으로 하는, 미세기계 부품의 제조 방법.