KR20110014709A

KR20110014709A - Ｍｅｍｓ 장치 내의 제어된 부착성을 위한 저온 비정질 실리콘 희생층

Info

Publication number: KR20110014709A
Application number: KR1020117000008A
Authority: KR
Inventors: 제임스 랜돌프 웹스터; 탄 응이아 투; 시아오밍 얀; 원석 정
Original assignee: 퀄컴 엠이엠스 테크놀로지스, 인크.
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2009-06-03
Publication date: 2011-02-11
Also published as: WO2009149213A2; US20090305010A1; CN102046516A; WO2009149213A3; US20110051224A1; EP2297026A2; JP2011525861A; US7851239B2; US8358458B2

Abstract

전자기계시스템 장치의 이동식 구성요소의 영구 부착성 혹은 정지마찰을 경감시키는 해당 전자기계시스템 장치의 제조방법이 제공된다. 상기 방법은 개선되고 재현가능한 표면 조도를 지니는 비정질 실리콘 희생층을 제공한다. 상기 비정질 실리콘 희생층은 상기 전자기계시스템 장치에 이용되는 통상의 재료에 대한 우수한 부착성을 더욱 발휘한다.

Description

ＭＥＭＳ 장치 내의 제어된 부착성을 위한 저온 비정질 실리콘 희생층{LOW TEMPERATURE AMORPHOUS SILICON SACRIFICIAL LAYER FOR CONTROLLED ADHESION IN MEMS DEVICES}

본 발명의 실시형태는 희생층이 위쪽에 놓이는 층(overlaying layer)에 대해서 증강된 표면 조도(surface roughness)를 제공할 수 있도록 비정질 실리콘을 포함하는 희생층의 증착(deposition) 조건을 선택하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 다른 실시형태는 희생층과 위쪽에 놓이는 금속층 사이에 계면을 포함하되, 해당 금속층이 공동부(cavity)를 형성하기 위하여 희생층의 제거 후 상기 금속층과 광학적 적층부(optical stack) 사이의 정지마찰(stiction)을 저감하는 데 유효한 표면 조도를 지니는 것인 미해제된(unreleased) 마이크로전자기계 시스템(microelectromechanical systems: MEMS) 장치에 관한 것이다.

마이크로전자기계 시스템(MEMS)은 마이크로 기계 소자, 마이크로 작동기 및 마이크로 전자 기기를 포함한다. 마이크로기계 소자는 기판 및/또는 증착된 재료층의 일부를 에칭해내거나 층들을 추가하여 전기 및 전자기계 장치를 형성하는 증착, 에칭 및/또는 기타 미세기계가공(micromachining) 공정들을 이용하여 형성될 수도 있다. MEMS 장치의 한 유형은 간섭계 변조기(interferometric modulator)라 불린다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같이, 간섭계 변조기 또는 간섭계 광 변조기(interferometric light modulator)라는 용어는 광학적 간섭의 원리를 이용하여 광을 선택적으로 흡수 및/또는 반사하는 장치를 의미한다. 소정의 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기는 1쌍의 도전판을 포함할 수도 있는데, 상기 1쌍의 도전판 중 어느 하나 또는 양쪽 모두가 전체 또는 부분적으로 투과형 및/또는 반사형일 수도 있고 적절한 전기 신호의 인가 시 상대 운동을 할 수 있다. 특정 실시형태에 있어서, 하나의 도전판은 기판에 증착된 고정층을 포함할 수도 있고, 다른 하나의 도전판은 상기 고정층으로부터 공기 간극에 의해 분리된 금속 막을 포함할 수도 있다. 본 명세서에서 보다 더 상세히 설명하는 바와 같이, 도전판의 상대적 위치에 의해서 간섭계 변조기에 입사되는 광의 광학적 간섭은 변화될 수 있다. 이러한 장치들의 적용 범위는 광범위하며, 기존의 제품들을 개선시키는 데 있어서, 그리고 아직 개발되지 않은 새로운 제품들을 만들어내는 데 있어서 이러한 유형의 장치 방향전환용 특성부들이 사용될 수 있도록 이들 장치의 특징들을 이용 및/또는 변경하는 것은 해당 기술 분야에서 유용할 것이다.

본 명세서의 시스템, 방법 및 장치는 각각 수개의 측면들을 지니고 있으며, 이들 각각의 어느 하나만이 단독으로 그것의 목적으로 하는 속성을 담당하지는 않는다. 본 발명의 범위를 한정하는 일없이, 본 발명의 더욱 뛰어난 특징들이 지금부터 간단하게 논의될 것이다. 당업자라면, 이 논의를 고려한 후에, 그리고 특히 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 부분을 읽은 후에, 본 발명의 특징들이 어떻게 다른 디스플레이 장치(즉, 표시장치)에 비해 장점을 제공하는지 이해할 수 있을 것이다.

일 측면은 약 250℃ 이하의 증착 온도를 구비하는 증착 조건을 선택하는 단계를 포함하는 MEMS 장치의 제조방법이 제공된다. 예를 들어, 상기 증착 온도는 약 150℃ 내지 약 약 250℃의 범위일 수 있다. 상기 방법은 상기 선택된 증착 조건 하에 비정질 실리콘을 포함하는 희생층을 광학적 적층부 위에 증착시키는 단계를 또 포함할 수 있다.

다른 측면은 광학적 적층부; 희생층; 및 상기 희생층 위에 놓여 해당 희생층과 계면을 형성하는 금속층을 포함하는 미해제된 MEMS 기판을 제공한다. 상기 희생층은 비정질 실리콘을 포함할 수 있다. 상기 희생층과 금속층의 계면은 공동부를 형성하기 위하여 상기 희생층의 제거 후 상기 금속층과 광학적 적층부 사이의 정지마찰을 저감시키는 데 유효한 표면 조도를 포함한다.

이들 및 기타 실시형태는 이하에 더욱 상세히 설명된다. 이하의 도면은 일정 척도로 도시되어 있지는 않다.

도 1은 제1간섭계 변조기의 이동식 반사층(movable reflective layer)이 이완 위치에 있고, 제2간섭계 변조기의 이동식 반사층이 작동 위치에 있는 간섭계 변조기 디스플레이의 일 실시형태의 일부를 나타낸 등각 투상도;
도 2는 3×3 간섭계 변조기 디스플레이를 내장하는 전자 디바이스의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도;
도 3은 도 1의 간섭계 변조기의 예시적인 일 실시형태에 대한 이동식 미러(movable mirror)의 위치 대 인가된 전압을 나타낸 선도;
도 4는 간섭계 변조기 디스플레이를 구동하는 데 사용될 수 있는 한 세트의 행방향 전압(row voltage) 및 열방향 전압(column voltage)을 나타낸 도면;
도 5a는 도 2의 3×3 간섭계 변조기 디스플레이에 있어서의 표시 데이터의 하나의 예시적인 프레임을 예시한 도면;
도 5b는 도 5a의 프레임을 기록하는(write) 데 이용될 수 있는 행방향 신호 및 열방향 신호의 하나의 예시적인 타이밍 선도를 나타낸 도면;
도 6a 및 도 6b는 복수개의 간섭계 변조기를 포함하는 비쥬얼 디스플레이 디바이스(visual display device)의 일 실시형태를 나타낸 시스템 블록도;
도 7a는 도 1의 디바이스의 단면도;
도 7b는 간섭계 변조기의 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7c는 간섭계 변조기의 다른 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7d는 간섭계 변조기의 또 다른 대안적인 실시형태의 단면도;
도 7e는 간섭계 변조기의 추가의 대안적인 실시형태의 단면도;
도 8은 간섭계 변조기를 제조하는 방법의 일 실시형태에서의 소정의 단계들을 예시한 순서도;
도 9는 MEMS 장치를 제조하는 방법의 일 실시형태를 예시한 순서도;
도 10a 내지 도 10c는 MEMS 장치를 제조하는 처리 단계들의 일 실시형태를 도시한 도면;
도 11a 내지 도 11d는 MEMS 장치를 제조하는 처리 단계들의 다른 실시형태를 도시한 도면.

이하의 상세한 설명은 본 발명의 소정의 구체적인 실시형태들에 관한 것이지만, 본 발명은 다양한 방법들로 구현될 수 있다. 이 설명에서는, 동일한 부분은 동일한 참조 부호로 표기된 도면을 참조하여 설명을 행한다. 이하의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 각 실시형태는 동화상(예를 들어, 비디오)인지 또는 정지화상(예를 들어, 스틸 이미지(still image))인지, 그리고 문자인지 그림인지의 여부에 따라 화상을 표시하도록 구성되는 장치이면 어떠한 장치에서도 구현될 수 있다. 더욱 상세하게는, 각 실시형태는 휴대폰, 무선 장치, PDA(personal data assistant), 초소형 또는 휴대용 컴퓨터, GPS 수신기/네비게이션, 카메라, MP3 플레이어, 캠코더, 게임 콘솔(game console), 손목 시계, 시계, 계산기, 텔레비전 모니터, 플랫 패널 디스플레이, 컴퓨터 모니터, 자동차 디스플레이(예를 들어, 주행 기록계 디스플레이 등), 콕핏 제어기(cockpit control) 및/또는 디스플레이, 카메라 뷰 디스플레이(예를 들어, 차량의 리어 뷰(rear view) 카메라의 디스플레이), 전자 사진, 전자 광고판 또는 간판, 프로젝터, 건축 구조물, 포장물 및 미술 구조물(예를 들어, 보석류에 대한 화상의 디스플레이)을 포함하지만 이들로 한정되지는 않는 다양한 전자 장치들로 구현되거나 또는 그 다양한 전자 장치들과 관련될 수 있는 것을 고려할 수 있다. 본 명세서에 기재된 것과 마찬가지 구조체의 MEMS 장치는 또한 전자 전환(즉, 스위칭) 장치 등에서와 같은 디스플레이가 아닌 용도에도 이용될 수 있다.

본 명세서에서는 MEMS 장치의 제조에 있어서 저온에서 비정질 실리콘을 증착하는 제어가능한 방법이 기술되어 있다. 상기 비정질 실리콘 희생층은 기타 통상적인 MEMS 장치 재료, 예컨대, 금속 및 유전체 등에 대한 우수한 부착성, 위쪽에 놓이는 층에 전사될 수 있는 표면 조도의 우수한 재현성 및 기상 이형 과정에서의 우수한 성능을 발휘한다. 본 명세서에 기재된 방법에 따라서 제조된 MEMS 장치의 이동식 층은 희생층의 제거 후 금속층과 광학적 적층부 사이에 정지마찰을 저감시키는 데 유효한 표면 조도를 지닌다.

간섭계 MEMS 표시소자를 포함하는 하나의 반사형 간섭계 변조기 디스플레이의 일 실시형태가 도 1에 예시되어 있다. 이들 장치에 있어서, 화소들은 명 상태(혹은 밝은 상태)(bright state) 또는 암 상태(암흑 상태)(dark state)이다. 명("온" 또는 "열린") 상태에서, 디스플레이 소자는 입사되는 가시광의 많은 부분을 사용자에게 반사시킨다. 암("오프" 또는 "닫힌") 상태에 있을 경우, 디스플레이 소자는 입사되는 가시 광선을 사용자에게 거의 반사시키지 않는다. "온" 및 "오프" 상태의 광 반사 특성은, 실시형태에 따라서는 반대로 되어 있을 수도 있다. MEMS 화소들은 선택된 색에서 우선적으로 반사시키도록 구성되어 흑색 및 백색에 부가해서 컬러 표시를 가능하게 한다.

도 1은 비쥬얼 디스플레이의 일련의 화소에 있어서 두 개의 인접한 화소들을 나타낸 등각 투상도인 데, 여기서 각 화소는 MEMS 간섭계 변조기를 포함한다. 몇몇 실시형태에서, 간섭계 변조기 디스플레이는 이들 간섭계 변조기의 행/열 어레이를 포함한다. 각각의 간섭계 변조기는 서로 간에 가변적이고 제어 가능한 거리에 위치된 1쌍의 반사층을 포함하여 적어도 하나의 가변 치수를 가진 공진 광학적 공동부(resonant optical cavity)를 형성한다. 일 실시형태에서, 반사층들 중 하나는 두 위치 사이에서 움직일 수도 있다. 여기서 이완 위치라고도 지칭되는 제1위치에서, 이동식 반사층은 고정식 부분 반사층으로부터 상대적으로 먼 거리에 위치된다. 여기서 작동 위치라고도 지칭되는 제2위치에서, 이동식 반사층은 상기 고정식 부분 반사층에 더 가까이 인접하여 위치된다. 이들 두 층에서 반사된 입사광은 이동식 반사층의 위치에 따라서 보강(constructively) 간섭 또는 소멸(destructively) 간섭하여 각 화소에 대해 전체 반사 상태 또는 비반사 상태를 생성한다.

도 1에 있어서 화소 어레이의 도시된 부분은 두 개의 인접한 간섭계 변조기(12a), (12b)를 포함한다. 왼쪽에 위치한 간섭계 변조기(12a)에는 부분 반사층을 포함하는 광학적 적층부(16a)로부터 소정 거리 떨어진 이완 위치에 이동식 반사층(14a)이 예시되어 있다. 오른쪽에 위치한 간섭계 변조기(12b)에는 광학적 적층부(16b)에 인접한 작동 위치에 이동식 반사층(14b)이 예시되어 있다.

여기서 말하는 광학적 적층부(16a), (16b)(일괄해서 "광학적 적층부(16)"라 칭함)는 전형적으로 수 개의 융합층(fused layer)을 포함하는 데, 이들 융합층은 인듐 주석 산화물(indium tin oxide: ITO)과 같은 전극층과, 크롬과 같은 부분 반사층, 및 투명 유전체를 포함할 수 있다. 따라서, 광학적 적층부(16)는 전기 전도성이고, 부분적으로 반사성이며, 예를 들어 1종 이상의 상기 층들을 투명 기판(20) 위에 증착함으로써 제조될 수 있다. 부분적으로 반사성인 층(즉, 부분 반사층)은 각종 금속, 반도체 및 유전체 등과 같이 부분적으로 반사성인 각종 재료로 형성될 수 있다. 상기 부분 반사층은 1종 이상의 재료의 층으로 형성될 수 있고, 이들 각 층은 단일 재료 혹은 재료들의 조합으로 형성될 수 있다.

몇몇 실시형태에서, 이하에 더욱 설명되는 바와 같이, 광학적 적층부(16)의 층들은 평행 스트립들(strips)로 패턴화되고, 디스플레이 장치(즉, 표시장치) 내에서 행방향 전극들을 형성할 수도 있다. 이동식 반사층(14a), (14b)은 기둥부(18) 사이에 증착되는 중재 희생 재료 및 기둥부(18)의 상부면에 증착된 증착 금속층 또는 증착 금속층들(광학적 적층부(16a), (16b)의 행방향 전극에 직교)로 이루어진 일련의 평행 스트립들로서 형성될 수도 있다. 희생 재료를 에칭하여 제거하면, 이동식 반사층(14a), (14b)은 광학적 적층부(16b), (16b)로부터 소정의 간극(19)만큼 분리되게 된다. 알루미늄과 같은 고 전도성·반사성 재료가 반사층(14)에 사용될 수 있고, 이들 스트립들은 표시장치에서 열방향 전극들을 형성할 수도 있다.

도 1에 있어서 화소(12a)로 예시된 바와 같이, 전압이 인가되지 않을 경우, 이동식 반사층(14a)이 기계적으로 이완된 상태에서, 이동식 반사층(14a)과 광학적 적층부(16a) 사이에서 간극(19)이 유지된다. 그러나, 선택된 행 및 열에 전위차가 인가될 경우, 대응하는 화소에서 행방향 전극과 열방향 전극의 교차점에 형성된 커패시터는 충전되고, 정전기력은 전극들을 함께 당긴다. 전압이 충분히 높다면, 이동식 반사층(14)은 변형이 일어나 광학적 적층부(16)에 대해서 힘을 가한다. 도 1의 오른쪽에 화소(12b)로 표시된 바와 같이, 광학적 적층부(16) 내의 유전체 층(이 도면에서는 도시 생략)은 단락이 방지되어 층(14)과 층(16) 간의 이격 거리를 조절한다. 이러한 거동은 인가된 전위차의 극성에 상관없이 동일하다. 이와 같이 해서, 반사성 화소 상태와 비반사성 화소 상태를 제어할 수 있는 행/열방향 작동은 종래의 LCD 및 기타 디스플레이 기술에서 이용되는 것과 많은 방식에서 유사하다.

도 2 내지 도 5b는 디스플레이 적용에 있어서 간섭계 변조기들의 어레이를 사용하기 위한 하나의 예시적 과정 및 시스템을 예시한다.

도 2는 본 발명의 측면들을 내포할 수 있는 전자 장치의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도이다. 예시된 실시형태에서, 해당 전자 장치는 프로세서(21)를 포함하는 데, 이 프로세서는 ARM(등록상표), 펜티엄(Pentium)(등록상표), 펜티엄 II(등록상표), 펜티엄 III(등록상표), 펜티엄 IV(등록상표), 펜티엄(등록상표) Pro, 8051, MIPS(등록상표), Power PC(등록상표), ALPHA(등록상표)와 같은 범용 단일 칩 프로세서 또는 멀티 칩 마이크로 프로세서, 또는 디지털 신호 프로세서, 마이크로제어기와 같은 소정의 특수 목적의 마이크로프로세서, 또는 프로그래밍가능한 게이트 어레이일 수도 있다. 당업계에 있어서 통상적인 바와 같이, 상기 프로세서(21)는 1종 이상의 소프트웨어 모듈을 실행하도록 구성될 수도 있다. 오퍼레이팅 시스템(operating system)의 실행과 더불어, 상기 프로세서는 웹 브라우저(web browser), 전화 애플리케이션(application), 이메일 프로그램 또는 기타 임의의 소프트웨어 애플리케이션을 비롯한 1종 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 실행하도록 구성될 수도 있다.

일 실시형태에 있어서, 프로세서(21)는 또한 어레이 드라이버(22)와 통신하도록 구성된다. 일 실시형태에 있어서, 어레이 드라이버(22)는 디스플레이 어레이 혹은 패널(30)에 신호를 제공하는 행방향 드라이버 회로(24)와 열방향 드라이버 회로(26)를 포함한다. 도 1에 예시된 어레이의 단면은 도 2의 1-1선에 의해 표시된다. MEMS 간섭계 변조기에 대해서, 행/열방향 작동 프로토콜은 도 3에 도시된 바와 같은 이들 장치의 히스테리시스 특성을 이용할 수도 있다. 상기 간섭계 변조기는, 예를 들어, 이완 상태에서 작동 상태로 이동식 층을 변형시키기 위해 10 볼트의 전위차가 필요할 수도 있다. 그러나, 이러한 값으로부터 전압이 감소될 경우, 전압이 10볼트 미만으로 다시 떨어질 때에 이동식 층은 그 상태를 유지한다. 도 3의 예시된 실시형태에 있어서, 전압이 2볼트 미만으로 떨어질 때까지 이동식 층은 완전히 이완되지 않는다. 이와 같이 해서, 도 3에 예시된 예에서 약 3 내지 7V의 전압의 범위가 있고, 여기서, 장치가 이완 또는 작동 상태에서 안정적인 인가 전압의 창이 존재한다. 이것을 여기서는 "히스테리시스 창"(hysteresis window) 또는 "안정성 창"(stability window)이라고 칭한다. 도 3의 히스테리시스 특성을 지니는 디스플레이 어레이에 대해서, 행방향 스트로빙(strobing) 동안 스트로빙된 행에 있는 작동될 화소들이 약 10볼트의 전압차에 노출되고, 이완될 화소들이 0볼트에 근접한 전압차에 노출되도록 행/열방향 작동 프로토콜을 설계할 수 있다. 스트로빙 후에, 화소들은 행방향 스트로빙이 화소들을 어떤 상태에 두었던지 그 상태를 유지하도록 약 5볼트의 정상 상태 혹은 바이어스 전압차에 노출된다. 이러한 예에서, 각 화소는, 기록된 후에, 3 내지 7볼트의 "안정성 창" 내에서 전위차를 보인다. 이러한 특성으로 작동 또는 이완의 기존 상태에서 동일한 인가 전압 조건 하에서 도 1에 예시된 화소 설계가 안정화된다. 간섭계 변조기의 각 화소는 작동 상태인지 혹은 이완 상태인지에 따라 본질적으로 고정식 반사층 및 이동식 반사층에 의해 형성된 커패시터이기 때문에, 이러한 안정한 상태는 전력 손실이 거의 없이 히스테리시스 창 내의 전압에서 유지될 수 있다. 인가된 전위가 고정되어 있다면 화소로 들어가는 전류 흐름은 전혀 없다.

전형적인 응용에 있어서, 제1행에 있는 원하는 세트의 작동 화소에 따라 열방향 전극 세트를 어서트(assert)함으로써 표시 프레임을 생성할 수도 있다. 다음에, 행방향 펄스가 제1행의 전극에 인가되어 어서트된 열방향 라인에 대응하는 화소를 작동시킨다. 그 후, 어서트된 세트의 열방향 전극은 제2행에 있는 원하는 세트의 작동 화소에 대응하도록 변경된다. 이어서, 펄스가 제2행의 전극에 인가되어, 어서트된 열방향 전극들에 따라서 제2행에 있는 적절한 화소들을 작동시킨다. 제1행의 화소들은 제2행의 펄스의 영향을 받지 않고 제1행의 펄스 동안 그들이 설정되었던 상태로 유지된다. 이것은 프레임을 작성하기 위하여 일련의 전체 행들에 대해서 순차적으로 반복될 수도 있다. 일반적으로, 이러한 과정을 초당 원하는 프레임 수만큼 계속적으로 반복함으로써 프레임들은 새로운 표시 데이터로 리프레시(refresh) 및/또는 갱신된다. 더불어, 표시 프레임을 작성하는 화소 어레이의 행방향 전극 및 열방향 전극을 구동하기 위한 매우 다양한 프로토콜은 잘 알려져 있고, 이것은 본 발명과 관련하여 사용될 수도 있다.

도 4, 도 5a 및 도 5b는 도 2의 3×3 어레이 위에 표시 프레임을 생성하기 위한 하나의 가능한 작동 프로토콜을 예시한다. 도 4는 도 3의 히스테리시스 곡선을 나타내는 화소를 위해 사용될 수도 있는 가능한 세트의 행방향 전압 레벨들 및 열방향 전압 레벨들을 예시한다. 도 4의 실시형태에서, 화소를 작동시키기 위해서는 적절한 열을 -V_bias로 설정하고 적절한 행을 +ΔV로 설정하는 것이 필요한데, 여기서 -V_bias 및 +ΔV는 각각 -5 볼트 및 +5 볼트에 대응한다. 화소에 대한 볼트 전위차가 0이 되는 동일한 +ΔV로 적절한 행을 설정하고 +V_bias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다. 행방향 전압이 0볼트로 유지되는 이들 행에서, 열이 -V_bias이거나 +V_bias인 것에 상관없이, 화소들은 그들의 원래 상태가 어떠하든 안정하다. 도 4에 또한 예시된 바와 같이, 앞서 설명한 것과 반대 극성의 전압이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 화소를 작동시키는 것은 적절한 열을 +V_bias로 설정하고적절한 행을 -ΔV로 설정하는 것을 수반할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 화소에 대한 0 볼트 전위차를 생성하는 동일한 -ΔV로 적절한 행을 설정하고 -V_bias로 적절한 열을 설정함으로써 화소의 이완을 수행한다.

도 5b는 도 5a에 예시된 디스플레이 구성으로 되는 도 2의 3×3 어레이에 인가되는 일련의 행방향 신호 및 열방향 신호를 나타낸 타이밍도로서, 여기서 작동 화소들은 비반사형이다. 도 5a에 예시된 프레임을 기록하기에 앞서, 화소들은 임의의 상태에 있을 수 있고, 이 예에서, 모든 행들은 0볼트이고 모든 열들은 +5 볼트이다. 이들 인가 전압에 의하면, 화소는 모두 그들의 기존의 작동 또는 이완 상태에서 안정하다.

도 5a의 프레임에서, (1,1), (1,2), (2,2), (3,2) 및 (3,3) 화소들이 작동된다. 이것을 달성하기 위해서, 제1행에 대한 "라인 시간"(line time) 동안 제1열과 제2열은 -5볼트로 설정되고, 제3열은 +5볼트로 설정된다. 이것은 임의의 화소들의 상태를 변화시키지 않는 데, 그 이유는 모든 화소들이 3 내지 7볼트 안정성 창에 유지되기 때문이다. 다음에, 제1행은 0볼트에서 5볼트까지 가고 다시 0볼트로 가는 펄스로 스트로빙된다. 이것은 (1,1) 화소 및 (1,2) 화소를 작동시키고 (1,3) 화소를 이완시킨다. 어레이 내의 다른 화소들은 영향을 받지 않는다. 원하는 바와 같이 제2행을 설정하기 위하여, 제2열을 -5볼트로 설정하고 제1열 및 제3열을 +5볼트로 설정한다. 다음에, 제2행에 인가된 동일한 스트로브(strobe)는 (2,2) 화소를 작동시키고 (2,1) 및 (2,3) 화소를 이완시킬 것이다. 재차, 어레이의 다른 화소들은 영향받지 않는다. 제3행은 제2열 및 제3열을 -5볼트로 설정하고 제1열을 +5볼트로 설정함으로써 마찬가지로 설정된다. 제3행의 스트로브는 도 5a에 도시된 바와 같이 제3행의 화소들을 설정한다. 프레임을 기록한 후에, 행방향 전위들은 0이고 열방향 전위들은 +5볼트 또는 -5볼트로 유지될 수 있게 되어, 디스플레이는 도 5a의 구성에서 안정적이다. 수십 또는 수백 개의 행과 열들을 가진 어레이들에 대해서 동일한 과정을 이용할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 또, 행 및 열 작동을 수행시키는 데 사용되는 타이밍, 수순 및 전압 레벨들은 상기의 일반적인 원리 범위 안에서 매우 다양할 수 있고, 상기 예는 다만 예시적인 것에 불과하며, 다른 작동 전압 방법이 본 명세서에 기재된 시스템 및 방법과 함께 사용될 수 있다는 것을 또한 이해할 수 있을 것이다.

도 6a 및 도 6b는 표시장치(40)의 일 실시형태를 예시한 시스템 블록도이다. 예를 들어, 표시장치(40)는 이동 전화기 또는 휴대 전화기일 수 있다. 그러나, 표시장치(40)의 동일한 구성 요소들 또는 그것의 약간의 변경으로는 또한 텔레비전, 휴대용 미디어 플레이어와 같은 다양한 유형의 표시장치를 들 수 있다.

표시장치(40)는 하우징(housing)(41), 디스플레이(30), 안테나(43), 스피커(45), 입력 장치(48) 및 마이크(46)를 포함한다. 하우징(41)은 일반적으로 사출 성형 및 진공 성형을 비롯한 당업자들에게 잘 알려진 다양한 제조 과정들 중의 어떤 것으로 형성된다. 또한, 하우징(41)은 플라스틱, 금속, 유리, 고무 및 세라믹, 또는 이들의 조합을 포함하지만, 이들로 한정되지 않는 다양한 재료 중의 어떤 것으로 만들어질 수도 있다. 일 실시형태에 있어서, 하우징(41)은 다른 색깔을 가지거나 다른 로고, 그림 또는 기호를 포함하는 분리 가능한 부분들과 호환될 수도 있는 분리 가능한 부분(도시 생략)을 포함한다.

예시적인 표시장치(40)의 디스플레이(30)는, 여기에서 설명되는 바와 같이, 쌍안정 디스플레이를 비롯한 다양한 디스플레이들 중의 어떤 것일 수도 있다. 다른 실시형태에 있어서, 디스플레이(30)는 앞서 설명한 바와 같은 플라즈마, EL, OLED, STN LCD 또는 TFT LCD와 같은 평판형 디스플레이, 또는 CRT나 다른 종류의 관(tube) 장치와 같은 비평판형(non-flat-panel) 디스플레이를 포함한다. 그러나, 본 실시형태를 설명할 목적으로, 상기 디스플레이(30)는 여기에서 설명하는 바와 같이 간섭계 변조기 디스플레이를 포함한다.

예시적인 표시장치(40)의 일 실시형태의 구성 요소들은 도 6b에 개략적으로 도시되어 있다. 도시된 예시적인 표시장치(40)는 하우징(41)을 포함하고 적어도 그 속에 부분적으로 수용된 추가적인 구성 요소들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 예시적인 표시장치(40)는 트랜스시버(transceiver)(47)에 결합된 안테나(43)를 포함하는 네트워크 인터페이스(27)를 포함한다. 트랜스시버(47)는 컨디셔닝 하드웨어(conditioning hardware)(52)에 연결된 프로세서(21)에 접속된다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 신호를 조절(예를 들어, 신호를 필터링)하도록 구성될 수도 있다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 스피커(45) 및 마이크(46)에 연결된다. 프로세서(21)는 입력 장치(48) 및 드라이버 제어기(29)에도 연결된다. 드라이버 제어기(29)는 프레임 버퍼(frame buffer)(28)에 그리고 어레이 드라이버(22)에 결합되고, 어레이 드라이버(22)는 이어서 디스플레이 어레이(30)에 결합된다. 전력 공급 장치(즉, 전원)(50)는 특정한 예시적인 표시장치(40) 설계에 요구되는 바와 같이 모든 구성 요소들에 전력을 제공한다.

네트워크 인터페이스(27)는 예시적인 표시장치(40)가 네트워크를 통하여 1종 이상의 장치와 통신할 수 있도록 안테나(43) 및 트랜스시버(47)를 포함한다. 일 실시형태에서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)의 요건을 완화시킬 수 있는 몇몇 처리 능력도 가질 수 있다. 안테나(43)는 신호를 송수신하기 위한 안테나이면 어느 것이라도 된다. 일 실시형태에 있어서, 안테나는 IEEE 802.11(a), (b) 또는 (g)를 비롯한 IEEE 802.11 표준에 따라서 RF 신호를 송수신한다. 다른 실시형태에 있어서, 안테나는 블루투스(BLUETOOTH) 표준에 따라서 RF 신호를 송수신한다. 이동 전화기의 경우, 안테나는 CDMA, GSM, AMPS 또는 무선 이동 전화 네트워크 내에서 통신하기 위해 사용되는 기타 공지된 신호를 수신하도록 설계되어 있다. 트랜스시버(47)는 안테나(43)로부터 수신된 신호를 미리 처리하여 이 신호가 프로세서(21)에 의해 수신되고 나아가 조작될 수도 있다. 또, 트랜스시버(47)는 프로세서(21)로부터 수신된 신호도 처리하여 이 신호가 안테나(43)를 거쳐서 예시적인 표시장치(40)로부터 전송될 수 있게 한다.

대안적인 실시형태에 있어서, 트랜스시버(47)는 수신기로 대체될 수 있다. 또 다른 대안적인 실시형태에 있어서, 네트워크 인터페이스(27)는 프로세서(21)에 전송될 화상 데이터를 저장하거나 생성할 수 있는 이미지 소스(즉, 화상 공급원(image source))로 대체될 수 있다. 예를 들어, 화상 공급원은 화상 데이터를 포함하는 디지털 비디오 디스크(DVD: digital video disc)나 하드 디스크 드라이브, 또는 화상 데이터를 생성하는 소프트웨어 모듈일 수 있다

프로세서(21)는 일반적으로 예시적인 표시장치(40)의 전체적인 동작을 제어한다. 프로세서(21)는 네트워크 인터페이스(27) 또는 화상 공급원으로부터의 압축된 화상 데이터와 같은 데이터를 수신하고, 해당 데이터를 원천 화상 데이터(raw image data)로 또는 원천 화상 데이터로 즉시 처리할 수 있는 포맷으로 처리한다. 그 후, 프로세서(21)는 처리된 데이터를 드라이버 제어기(29)로 또는 저장을 위해 프레임 버퍼(28)로 전송한다. 원천 데이터는 전형적으로 화상 내의 각각의 위치에서 화상 특성들을 식별하는 정보를 의미한다. 예를 들어, 이러한 화상 특성들은 색깔, 채도(saturation) 및 그레이 스케일(계조) 레벨(gray-scale level)을 포함할 수 있다.

일 실시형태에서, 프로세서(21)는 예시적인 표시장치(40)의 동작을 제어하는 마이크로 제어기, CPU 또는 논리 유닛을 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 일반적으로 신호를 스피커(45)에 전송하기 위해, 그리고 마이크(46)로부터 신호를 수신하기 위해 증폭기들 및 필터들을 포함한다. 컨디셔닝 하드웨어(52)는 예시적인 표시장치(40) 내에 있는 별도의 구성 요소일 수도 있거나 프로세서(21) 혹은 기타 구성 요소들 내에 내장되어 있을 수도 있다.

드라이버 제어기(29)는 프로세서(21)에서 생성된 원천 화상 데이터를 프로세서(21)로부터 혹은 프레임 버퍼(28)로부터 직접 취하여 어레이 드라이버(22)로 고속 전송하기 위해 원천 화상 데이터를 적절하게 재포맷한다. 특히, 드라이버 제어기(29)는 원천 화상 데이터를 래스터 유사 포맷(raster like format)을 가진 데이터 흐름으로 재포맷하여 디스플레이 어레이(30)에 걸쳐 스캐닝하기에 적합한 시간 순서를 가진다. 다음에, 드라이버 제어기(29)는 포맷된 정보를 어레이 드라이버(22)에 전송한다. 비록 LCD 제어기와 같은 드라이버 제어기(29)가 자립형 집적 회로(stand-alone Integrated Circuit(IC))로서 시스템 프로세서(21)와 종종 연관되지만, 이러한 제어기들은 다양한 방법들로 구현될 수도 있다. 이들은 프로세서(21) 내에 하드웨어로서 삽입될 수 있거나, 소프트웨어로서 프로세서(21) 내에 삽입될 수도 있거나, 또는 어레이 드라이버(22)와 함께 하드웨어에 완전히 일체화될 수도 있다.

전형적으로, 어레이 드라이버(22)는 포맷된 정보를 드라이버 제어기(29)로부터 수신하고 디스플레이의 x-y 매트릭스 화소들로부터 나온 수백, 때로는 수천개의 인출선에 초당 여러 번 인가되는 병렬 세트의 파형들로 비디오 데이터를 재포맷한다.

일 실시형태에 있어서, 드라이버 제어기(29), 어레이 드라이버(22) 및 디스플레이 어레이(30)는 여기서 설명하는 디스플레이들의 유형 중 어느 것에나 적합하다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 드라이버 제어기(29)는 종래의 디스플레이 제어기 또는 쌍안정 디스플레이 제어기(예를 들어, 간섭계 변조기 제어기)이다. 다른 실시형태에서, 어레이 드라이버(22)는 종래의 드라이버 또는 쌍안정 디스플레이 드라이버(예를 들어, 간섭계 변조기 디스플레이)이다. 일 실시형태에서, 드라이버 제어기(29)는 어레이 드라이버(22)와 일체형이다. 이러한 실시형태는 이동 전화기, 시계 및 기타 소형 디스플레이와 같은 고집적 시스템에 있어서 일반적이다. 또 다른 실시형태에서, 디스플레이 어레이(30)는 전형적인 디스플레이 어레이 또는 쌍안정 디스플레이 어레이(예를 들어, 간섭계 변조기들의 어레이를 포함하는 디스플레이)이다.

입력 장치(48)는 사용자로 하여금 예시적인 표시장치(40)의 동작을 제어하도록 한다. 일 실시형태에서, 입력 장치(48)는 QWERTY 키보드 또는 전화기 키패드와 같은 키패드, 버튼, 스위치, 터치 센스 스크린, 감압막 또는 감열막을 포함한다. 일 실시형태에서, 마이크(46)는 예시적인 표시장치(40)에 대한 입력 장치이다. 이 장치에 데이터를 입력하기 위해 마이크(46)가 사용되는 경우, 음성 명령들이 사용자에 의해 제공되어 예시적인 표시장치(40)의 동작들을 제어할 수도 있다.

전력 공급 장치(50)는 당업계에 잘 알려져 있는 다양한 에너지 저장 장치들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 전력 공급 장치(50)는 니켈-카드뮴 배터리 또는 리튬 이온 배터리와 같은 충전용 배터리이다. 다른 실시형태에서, 전력 공급 장치(50)는 재생 가능 에너지 원, 커패시터, 또는 플라스틱 태양 전지, 태양 전지 도료를 비롯한 태양 전지이다. 다른 실시형태에 있어서, 전력 공급 장치(50)는 벽에 붙은 콘센트에서 전력을 받도록 구성된다.

몇몇 실시형태에 있어서, 제어 프로그램은 앞서 설명한 바와 같이 전자 디스플레이 시스템 내의 몇몇 개소에 위치될 수 있는 드라이버 제어기 내에 존재한다. 몇몇 경우에, 제어 프로그램은 어레이 드라이버(22) 내에 존재한다. 당업자라면 전술한 최적화가 다수의 하드웨어 및/또는 소프트웨어 구성 요소들 및 다양한 형태로 구현될 수도 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.

앞서 설명한 원리들에 따라서 작동되는 간섭계 변조기의 상세한 구조는 매우 다양할 수 있다. 예를 들어, 도 7a 내지 도 7e(이하, 일괄해서 간단히 "도 7"이라 지칭할 경우도 있음)는 이동식 반사층(14) 및 그의 지지 구조체의 다섯 개의 서로 다른 실시형태를 나타낸다. 도 7a는 도 1의 실시형태의 단면도인데, 여기서 금속 재료(14)의 스트립은 직교 방향으로 연장된 지지부(18) 상에 증착된다. 도 7b에 있어서, 이동식 반사층(14)은 줄(tether)(32) 상에 단지 모서리에서 지지부에 부착된다. 도 7c에 있어서, 이동식 반사층(14)은 가요성 금속을 포함할 수도 있는 변형가능한 층(deformable layer)(34)으로부터 매달려 있다. 이 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34) 주변의 기판(20)에 직접적으로 혹은 간접적으로 접속된다. 이들 접속부(혹은 연결부)는 여기서는 지지 기둥부라고도 칭한다. 도 7d에 나타낸 실시형태는 변형가능한 층(34)이 안착되는 지지 기둥 플러그(42)를 가진다. 이동식 반사층(14)은 도 7a 내지 도 7c에 있어서와 마찬가지로 간극부 위에 매달린 채 유지되지만, 변형가능한 층(34)은 해당 변형가능한 층(34)과 광학적 적층부(16) 사이의 구멍들을 채움으로써 지지 기둥부를 형성하지 않는다. 오히려, 지지 기둥부는 평탄화 재료로 형성되고, 이것은 지지 기둥 플러그(42)를 형성하는 데 이용된다. 도 7e에 나타낸 장치는 도 7d에 의거한 것이지만, 도 7a 내지 도 7c에 나타낸 실시형태의 어느 것과도 함께 작용하도록 적합화될 수 있다. 도 7e에 나타낸 실시형태에서, 금속 또는 기타 전도성 재료의 여분의 층은 버스 구조체(44)를 형성하는 데 이용되어 왔다. 이것에 의해 신호가 간섭계 변조기의 이면을 따라 송신될 수 있고, 그렇지 않으면 기판(20) 상에 형성될 수도 있는 다수의 전극을 제거할 수 있다.

도 7에 나타낸 것과 같은 실시형태에 있어서, 간섭계 변조기는 직시형(direct-view) 장치로서 기능하는 데, 여기서 화상들은 투명한 기판(20)의 앞면 쪽으로부터 보이고 그 반대편에는 변조기들이 배열되어 있다. 이들 실시형태에 있어서, 반사층(14)은 변형가능한 층(34)을 비롯한, 기판(20)의 반대편의 반사층 쪽에 있는 간섭계 변조기의 일부를 광학적으로 차단한다. 이것에 의해 상기 차단된 영역은 화질에 부정적으로 영향을 미치는 일없이 구성되고 작동될 수 있게 된다. 이러한 차단은 도 7e에서 버스 구조체(44)를 허용하며, 이것은 어드레싱 및 그 어드레싱으로부터 기인하는 이동 등과 같은, 상기 변조기의 전자기계 특성으로부터 해당 변조기의 광학적 특성을 분리시키는 능력을 제공한다. 이 분리가능한 변조기 구조체로 인해 해당 변조기의 광학적 측면들 및 전자기계적 측면들에 대해 사용되는 재질들 및 구조 설계가 선택되어 서로 독립적으로 기능하게 된다. 더욱이, 도 7c 내지 도 7e에 도시된 실시형태는 변형가능한 층(34)에 의해 수행되는, 기계적 특성들로부터 반사층(14)의 광학적 특성들을 분리함으로써 얻어지는 추가적인 장점들을 가진다. 이로 인해 반사층(14)에 사용되는 구조 설계 및 재질들이 광학적 특성에 대해서 최적화되고, 변형가능한 층(34)에 사용되는 구조 설계 및 재질들이 원하는 기계적 특성에 대해서 최적화된다.

전술한 간섭계 변조기는 MEMS 장치를 제조하는 당업계에 공지된 소정의 적절한 제조 기술을 이용해서 제조될 수 있다. 예를 들어, 간섭계 변조기를 구성하는 각종 재료층은 증착 단계들 사이에서 행해지는 적절한 패턴화 단계 및 에칭 단계와 함께 투명 기판 상에 순차적으로 적층될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 다수의 층이 증착 단계들 사이에 어떠한 에칭 단계도 없이 간섭계 변조기를 제조하는 동안에 증착될 수도 있다. 예를 들어, 전술한 이동식 반사층은 둘 이상의 층을 지니는 복합 구조를 포함할 수 있다.

도 8은 간섭계 변조기용의 제조 방법(800)의 일 실시형태의 소정의 단계(즉, 스텝)들을 예시한다. 이러한 스텝들은 도 8에 도시되지 않은 다른 단계들과 함께 예컨대 도 1 및 도 7에 예시된 일반적인 유형의 간섭계 변조기를 제조하는 방법에 존재할 수 있다. 도 1, 도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 방법(800)은 기판(20) 위에 광학적 적층부(16)의 형성을 행하는 스텝 805에서 시작된다. 기판(20)은 유리 혹은 플라스틱 등과 같은 투명한 기판일 수 있고, 광학적 적층부(16)의 효율적인 형성을 용이하게 하기 위하여 이전의 준비 단계(들), 예를 들어, 세정 단계를 실시할 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 광학적 적층부(16)는 전기적으로 전도성이고, 부분적으로 투명하며 부분적으로 반사성이며, 예를 들어, 투명한 기판(20) 위에 하나 이상의 층을 증착시킴으로써 제조될 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 층들은 평행한 스트립으로 패턴화되고, 표시장치 내의 행방향 전극을 형성할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 광학적 적층부(16)는 하나 이상의 금속층(예컨대, 반사 및/또는 전도성 층) 위에 증착된 절연층 혹은 유전체층을 포함한다.

도 8에 예시된 방법(800)은 상기 광학적 적층부(16) 위에 희생층을 형성하는 스텝 810에서 계속된다. 희생층은 이어서 제거되어(예컨대, 스텝 825에서), 이하에 설명되는 바와 같은 간극(19)을 형성하므로, 해당 희생층은 도 1 및 도 7에 예시된 결과적으로 얻어지는 간섭계 변조기(12)에는 도시되어 있지 않다. 광학적 적층부(16) 위에 희생층의 형성은 후속의 제거 후 소정의 크기를 지니는 간극(19)을 제공하도록 선택된 두께로 몰리브덴 혹은 비정질 실리콘 등의 XeF₂-에칭가능한 재료의 증착을 포함할 수 있다. 희생 재료의 증착은 물리적 기상 증착(PVD, 예컨대, 스퍼터링), 플라즈마 증강 화학적 기상 증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), 열 화학적 기상 증착(열 CVD) 혹은 스핀-코팅 등과 같은 증착 기술을 이용해서 수행될 수 있다.

도 8에 예시된 방법(800)은 지지 구조체, 예컨대, 도 1 및 7에 예시된 바와 같은 기둥부(18)를 형성하는 스텝 815에서 계속된다. 기둥부(18)의 형성은 희생층을 패턴화하여 지지 구조 개구부를 형성하는 단계와, 이어서, PECVD, 열 CVD 혹은 스핀-코팅 등의 증착 방법을 이용해서, 상기 개구부 내에 재료(예컨대, 폴리머)를 증착시켜 기둥부(18)를 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 상기 희생층 내에 형성된 지지 구조 개구부는 희생층과 광학적 적층부(16)의 양쪽 모두를 통해서 밑에 있는 기판(20)에까지 뻗어 있으므로, 기둥부(18)의 하단부는 도 7a에 예시된 바와 같은 기판(20)과 접촉한다. 다른 실시형태에서, 희생층 내에 형성된 상기 개구부는 희생층을 통과하지만 광학적 적층부(16)를 통과하지 않은 채 연장된다. 예를 들어, 도 7c는 광학적 적층부(16)와 접촉된 지지 구조 플러그(42)의 하단부를 예시하고 있다.

도 8에 예시된 방법(800)은 도 1 및 도 7에 예시된 이동식 반사층(14)과 같은 이동식 반사층을 형성하는 스텝 820에서 계속된다. 이동식 반사층(14)은, 하나 이상의 패턴화, 마스킹 및/또는 에칭 단계와 함께, 하나 이상의 증착 단계, 예컨대, 반사층(예컨대, 알루미늄, 알루미늄 합금) 증착을 이용함으로써 형성될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 이동식 반사층(14)은 전형적으로 전기 전도성이므로, 여기서는 전기 전도성 층이라고 지칭될 수도 있다. 희생층이 방법(800)의 스텝 820에서 형성된 부분 제작된 간섭계 변조기에 여전히 존재하므로, 이동식 반사층(14)은 전형적으로 이 단계에서는 이동가능하지 않다. 희생층을 포함하는 부분 제작된 간섭계 변조기는 여기서는 "미해제된"(unreleased) 간섭계 변조기라 지칭될 수 있다.

도 8에 예시된 방법(800)은 간극, 예컨대, 도 1 및 도 7에 예시된 간극(19)을 형성하는 스텝 825에서 계속된다. 해당 간극(19)은 (스텝 810에서 증착된) 희생 재료를 에칭제(etchant)에 노출시킴으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 몰리브덴 혹은 비정질 실리콘 등과 같은 에칭가능한 희생 재료는 건식 화학적 에칭에 의해, 예를 들어, 고체 이불화제논(XeF₂)으로부터 유래된 증기 등과 같은 가스 혹은 기상 에칭제에 희생층을 간극(19)을 둘러싸는 구조에 대해서 전형적으로 선택적으로 소정량의 재료를 제거하는 데 유효한 시간 동안 노출시킴으로써 제거될 수 있다. 예컨대, 습식 에칭 및/또는 플라즈마 에칭 등의 기타 에칭 방법도 이용될 수 있다. 희생층은 방법(800)의 스텝 825 동안 제거되므로, 이동식 반사층(14)은 전형적으로 이 단계 후에 이동가능하다. 희생 재료의 제거 후, 얻어지는 완전 혹은 부분 제작된 간섭계 변조기는 "해제된" 간섭계 변조기라 지칭될 수 있다.

정지마찰은 일반적으로는 MEMS 장치, 특히 간섭계 변조기 내에서 가장 중요한 신뢰성 쟁점들 중의 하나일 수 있다. 본 명세서에서 이용되는 바와 같은 "정지마찰"이란 작동된 위치에서 이동식 층이 마이크로전자기계 시스템 내의 정지층에 달라붙는 경향을 의미한다. 정지마찰에 존재하는 부착력은 장치 치수를 줄일 때 더욱 중요해진다. 그 이유는 부착력에 거스르는 복원력이 장치 크기를 줄임에 따라 또한 줄어들기 때문이다. 따라서, 마이크로전자기계 시스템 내의 정지마찰 문제에 대한 해결책을 제공할 필요가 있다.

정지마찰은 접촉하게 되는 표면들의 조도, 예컨대, 이동식 층 및/또는 정지층의 표면 조도에 의해 영향받을 수 있다. 일반적으로, MEMS 장치의 제조 시, 이동식 층은 희생 재료 위에 초기에 형성되고, 그 후, 희생층이 이어서 제거되어 이동식 층이 정지층과 접촉하도록 작동될 수 있도록 공동부를 형성한다. 희생층의 제거 전에, 희생층의 표면 조도 성질은 이어서 그 위에 형성되는 층(예컨대, 이동식 층)에 직접 전사될 수 있다. 그러므로, 희생층에 증가된 표면 조도를 제공하는 신규의 방법을 이용함으로써, MEMS 장치 내의 이동식 층과 정지층 간의 정지마찰을 줄일 수 있다.

도 1을 참조하면, 정지마찰은, 예를 들어, 이동식 층(14b)을 비작동 위치로 복원시킬 것으로 예상되는 복원력의 존재에서도, 해당 작동된 이동식 층(14b)을 광학적 적층부(16b)와 접촉시킨 채로 유지시킬 수 있다. 정지마찰은 각종 부착 기구로부터 일어나는 수개의 부착력의 총합이 복원력보다 클 경우 일어난다. 복원력은 인가된 전압에 의해 초래된 정전기력과 작동된 이동식 층 내의 조합된 기계적 인장력을 포함한다. 표면력이 장치 치수의 감소와 함께 더욱 중요해지고 복원력은 장치 치수의 감소와 함께 줄어들기 때문에, 정지마찰은 간섭계 변조기를 포함하는 MEMS 장치에 대해서 우려로 되고 있다.

부착력은, 예를 들어, 모세관력, 반 데르 발스 상호작용, 화학 결합 및 포획된 전하를 비롯하여 수개의 기전으로부터 일어날 수 있다. 다양한 정도의 이들 기전의 모두로 인한 부착력은, 작동 상태에 있을 때 각종 이동식 층과 정지층 간의 접촉 면적과 표면 분리에 의존한다. 각종 실시형태는 이동식 층의 증가된 표면 조도를 지니며, 이에 따라, 보다 적은 정지마찰로 인한 보다 낮은 부착력과 보다 양호한 성능을 가져오는 MEMS 장치를 제조하는 방법을 제공한다.

마이크로전자기계 시스템(MEMS) 장치를 제조하는 방법이 본 명세서에 기재되어 있다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 약 250℃ 이하의 증착 온도를 포함하는 증착 조건을 선택하는 단계와, 선택된 증착 조건 하에서 비정질 실리콘을 포함하는 희생층을 광학적 적층부 위에 증착하는 단계를 포함한다.

도 9는 본 명세서에서 설명된 바와 같이 적절한 증착 조건을 선택하는 단계 및 희생층을 형성하는 단계를 포함하는 MEMS 장치를 제조하는 방법의 일 실시형태에서의 소정의 단계들을 예시한 순서도이다. 이러한 단계들은, 도 9에 도시된 다른 단계들과 함께, 예컨대, 도 1, 도 7, 도 10 및 도 11에 예시된 일반적인 유형의 간섭계 변조기를 제조하는 방법에 제공된다. 도 9 및 도 10을 참조하면, 상기 방법(900)은 기판(도시 생략) 위에 광학적 적층부(102)를 형성하는 스텝 905에서 시작된다. 도 8에서의 스텝 805에서 이용되는 재료 및 처리과정이 도 9의 스텝 905에서 마찬가지로 이용될 수 있다. 예를 들어, 광학적 적층부는 유전체층 및/또는 전극층 및 부분 반사층을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 유전체층은 실리콘 산화물 및 알루미늄 산화물로부터 선택된 유전체 재료를 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 유전체층 위에 희생층을 증착시키는 단계를 포함한다.

상기 방법(900)은 희생층(104)에 대한 증착 조건을 선택하는 스텝 910에서 계속된다. 선택된 증착 조건은 저온, 예컨대, 약 250℃ 이하에서 희생층을 형성하는 데 유용한 소정의 증착 기술을 포함할 수 있다. 예를 들어, 증착 기술은 화학적 기상 증착(CVD), PECVD 및 증발 증착으로부터 선택될 수 있다. 바람직한 조도를 지니는 비정질 실리콘을 포함하는 희생층은 PECVD 기술을 이용해서 형성될 수 있다.

선택된 증착 조건(910)은, 비정질 실리콘층(104)의 형성을 용이하게 하는, 1종 이상의 가스, 예컨대, 공급 가스의 이용을 포함할 수 있다. 일 실시형태에서, 선택된 증착 조건(910)은 공급 가스를 제공하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 공급 가스는 실란을 포함한다. 1종 이상의 실란 공급 가스는 임의로 조합해서 이용될 수 있다. 일 실시형태에서, 1종 이상의 실란 가스는 SiH₄, SiHCl₃, SiH₂Cl₂ 및 SiH₃Cl로부터 선택된다. 비정질 실리콘층은 실란 공급 가스로부터 형성된다.

기타 가스는 비정질 실리콘 희생층을 증착하면서 포함될 수도 있다. 예를 들어, 비반응성 가스, 예컨대, 캐리어 가스는 공급 가스 중의 실란과 함께 포함될 수 있다. 공급 가스 중의 비반응성 가스의 내포는 실란 공급 가스의 이동도를 저감시키고 비정질 실리콘막의 컨포멀 커버리지(conformal coverage)를 저감시키는 경향이 있다. 희생층의 증착에 유용한 비반응성 가스의 예로는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 및 이들의 조합물을 들 수 있다. 일 실시형태에서, 공급 가스는 헬륨 및 아르곤으로부터 선택된 비반응성 가스를 더욱 포함한다. 비반응성 가스의 내포는 증가된 표면 조도를 지니는 희생층을 제공하는 데 도움을 준다. 바람직하게는, 실란 대 비반응성 가스의 비는 약 1:10 내지 10:1의 범위 내이다. 일 실시형태에서, 실란 대 비반응성 가스의 비는 약 1:10 내지 약 1:1의 범위 내이다. 일 실시형태에서, 실란 대 비반응성 가스의 비는 약 1:8 내지 약 1:4의 범위 내이다.

비정질 실리콘은 통상 MEMS 장치 제조에 바람직하지 않은 수소의 존재 하에 증착될 수도 있다. 헬륨 및 아르곤 등의 비반응성 가스는 반응 동안 수소 가스 대신에 이용될 수 있다. 그러나, 반응으로부터 수소를 제거함에 있어서 전형적으로 초래되는 비용은, 수소가 MEMS 장치에 이용되는 기타 희생층의 형성에서처럼 저온에서의 비정질 실리콘의 형성에 불리하게 되지 않기 때문에, 회피될 수 있다. 일 실시형태에서, 공급 가스는 수소를 추가로 포함한다.

저온, 예컨대, 약 250℃ 이하에서 증착되는 비정질 실리콘은 본 명세서에 기재된 선택된 증착 조건 하에 형성되지 않은 희생층과 비교해서 높은 표면 조도를 지닌다. 바람직하게는, 증착 조건의 선택은, 증착된 바와 같은 희생층(104)의 표면(105)이 약 1.0 ㎚ RMS보다 큰 표면 조도를 지니도록 수행된다. 예를 들어, 본 명세서에 개시된 내용을 숙지한 당업자는 증착된 바와 같은 희생층(104)의 표면(105)이 약 1.5 ㎚ RMS보다 큰 표면 조도를 지니도록 증착 조건을 선택하기 위하여 관례적인 실험을 이용할 수 있다. 일 실시형태에서, 증착 조건은 증착된 바와 같은 희생층(104)의 표면(105)이 약 1.8 ㎚ RMS보다 큰 표면 조도를 지니도록 선택된다.

희생층의 형성 동안 이용되는 낮은 증착 온도는 많은 이유로 유리하다. 보다 낮은 증착 온도에서, 희생적인 실리콘은 조직적인 관형상 구조로 형성되는 것이 억제되므로, 비정질 실리콘막이 희생층(104)으로서 형성된다. 또한, MEMS 장치의 대량 생산을 위해 바람직한 보다 높은 증착 속도는, 부분적으로는, 저온 공정을 이용할 때 고려되는 효율 때문에 달성된다. 일 실시형태에서, 증착 온도는 약 250℃ 이하(그 범위 내의 각 온도 값을 포함함)이다. 예를 들어, 증착 온도는 약 150℃ 내지 약 250℃의 범위 내일 수 있다. 일 실시형태에서, 증착 온도는 약 150℃ 내지 약 200℃의 범위 내일 수 있다. 일 실시형태에서, 증착 온도는 약 200℃ 내지 약 250℃의 범위 내이다. 일 실시형태에서, 증착 온도는 약 175℃ 내지 약 225℃의 범위 내이다.

일단 증착 조건이 선택되면, 도 9의 방법(900)은 선택된 증착 조건(910) 하에서 도 10에 도시된 바와 같은 희생층(104)을 실제로 형성하는 스텝 915에서 계속된다. 일 실시형태에서, 희생층(104)은 실리콘은 포함한다. 일 실시형태에서, 실리콘은 균질하다. 일 실시형태에서, 실리콘은 불균질하다. 도 10은 희생층(104)이 균질한 경우의 일 실시형태를 예시하고, 도 11은 희생층(204)이 불균질한 경우의 일 실시형태를 예시한다. 일 실시형태에서, 실리콘은 비정질이다.

도 10은 MEMS 장치를 제조하는데 이용될 수 있는 각종 층의 단면도를 도시하고 있다. 도 10a에서, 광학적 적층부(102)는 전술한 바와 같이 초기에 형성되고, 본 명세서에서 설명된 선택된 증착 조건(910)에 따라서 상기 광학적 적층부(102) 위에 희생층(104)이 형성된다. 일정 척도로 예시되어 있지는 않지만, 희생층(104)은 광학적 적층부(102)의 대향 측면 상에 노출되는 거친 표면(105)을 지닌다.

도 9의 방법(900)은 희생층(104) 위에 위쪽에 놓이는 층(106)을 형성함으로써 스텝 925에서 계속된다. 일 실시형태에서, 상기 위쪽에 놓이는 층(106)은 도 1 및 도 7에서 위에서 설명된 바와 같이 이동식 반사층(14)이다. 일 실시형태에서, 상기 위쪽에 놓이는 층(106)은 금속층이다. MEMS 장치 내의 적절한 금속 재료는 희생층 위에 형성된 금속층에 이용될 수 있다. 일 실시형태에서, 금속층은 알루미늄, 니켈 및 이들의 합금으로부터 선택된 금속을 포함한다. 일 실시형태에서, 금속층은 알루미늄을 포함한다. 상기 위쪽에 놓이는 금속층(106)과 희생층(104) 사이에는 계면(107)이 형성된다. 희생층(104)의 표면(105)에서의 조도는 주로 계면(107)에서 위쪽에 놓이는 금속층(106)으로 전사된다.

희생층의 제거 전에, 도 10b에 도시된 층은 미해제된 MEMS 기판 내의 층을 나타낸다. 일 실시형태에서, 미해제된 MEMS 기판은 광학적 적층부(102), 비정질 실리콘을 포함하는 희생층(104) 및 해당 희생층 위에 놓여 해당 희생층과 계면을 형성하는 금속층(106)을 포함한다. 일 실시형태에서, 희생층(104)과 위쪽에 놓이는 금속층(106)의 계면(107)은, 공동부를 형성하기 위하여 희생층(106)의 제거 후, 상기 금속층과 광학적 적층부 사이의 정지마찰을 저감시키는 데 유효한 조도를 포함한다.

상기 계면(107)은 위쪽에 놓이는 층(106)의 형성 전에 희생층(104)의 거친 표면(105)의 조도와 대략 동일한 조도를 지닌다. 이러한 조도는 본 명세서에 기재된 바와 같은 희생층을 형성하기 위하여 적절한 증착 조건을 선택함으로써 얻어진다. 일 실시형태에서, 상기 계면은 약 1.0 ㎚ RMS보다 큰 조도를 지닌다. 일 실시형태에서, 상기 계면은 약 1.5 ㎚ RMS보다 큰 조도를 지닌다. 일 실시형태에서, 상기 계면은 약 1.8 ㎚ RMS보다 큰 조도를 지닌다. 도 10c에 도시된 바와 같이, 공동부를 형성하기 위하여 희생 재료의 제거 시, 금속층(106)은 희생층(104)의 제거 전에 계면(107)의 조도와 대략 동일한 조도를 지니는 표면(109)을 가지므로, 해당 표면(109)은 정지마찰을 저감시키는 데 유효하다.

상기 방법(900)은 공동부를 형성하기 위하여 희생층의 적어도 일부가 (예컨대, 에칭에 의해) 제거되는 스텝 930에서 계속된다. 하나 이상의 지지 구조체 혹은 기둥부(도 10에는 도시되어 있지 않음), 예컨대, 도 1, 도 7 및 도 8에서 설명된 바와 같은 지지 구조체 혹은 기둥부는 위쪽에 놓이는 층(106)을 지지할 수 있고, 이에 따라, 간극 혹은 공동부(110)를 형성할 수 있다. 몇몇 실시형태에서, 공동부(110)는 위쪽에 놓이는 금속층(106)이 공동부(110)에 노출되도록 광학적 적층부(102)와 위쪽에 놓이는 금속층(106) 사이에 형성된다. 위쪽에 놓이는 금속층(106)의 표면(109)은, 희생층의 제거 전에 해당 희생층(104)의 거친 표면(105)의 조도를 반영하는 조도를 지니므로, 위쪽에 놓이는 층(106)과 광학적 적층부(102) 사이의 정지마찰이 실질적으로 저감될 수 있다.

희생층의 제거는, 예를 들어, XeF₂, F₂ 혹은 HF 단독 또는 조합 등의 에칭제에 노출시켜 달성될 수 있다. 일 실시형태에서, 에칭제는 XeF₂를 포함한다. 일 실시형태에서, 실질적으로 전체 희생층(104)이 에칭 과정에서 제거된다. 일 실시형태에서, 공동부(110)는 광학적 적층부(102)(전기 전도성 층과 유전체층을 포함함)와 위쪽에 놓이는 금속층(106)(전술한 바와 같은 이동식 전도성 층임) 사이에 있는 간섭계 공동부(interferometric cavity)이다. 공동부(110)의 형성 후, 얻어지는 MEMS 장치, 예컨대, 간섭계 변조기는, "해제된"(released) 상태에 있다.

일단 위쪽에 놓이는 금속층(106)이 해제되면, 해당 금속층(106)의 표면(109)은 위쪽에 놓이는 금속층(106)과 광학적 적층부(102) 사이의 정지마찰을 저감시키는 데 유효한 표면 조도를 지닌다. 예를 들어, 금속층의 표면 조도는 약 1.0 ㎚ RMS보다 클 수 있다. 일 실시형태에서, 금속층의 표면 조도는 약 1.5 ㎚ RMS보다 클 수 있다. 일 실시형태에서, 금속층의 표면 조도는 약 1.8 ㎚ RMS보다 클 수 있다.

몇몇 실시형태에서, 상기 방법(900)은 추가의 단계들, 예를 들어, 간섭계 변조기를 제조하는 데 이용되는 단계들을 포함할 수 있고, 해당 단계들은 도 8 및 도 9의 예시로부터 재배열될 수 있다. 예를 들어, 지지 구조체는 희생층이 형성되기 전 혹은 후에 형성될 수 있다. 희생 재료를 제공하기 전에 지지 구조체를 형성함으로써 지지 구조 개구부를 형성하는 단계는 제거할 수 있다.

일 실시형태에서, MEMS 장치의 제조방법은 공동부를 형성하기 위하여 희생층의 제거 후에 광학적 적층부 위에 위쪽에 놓이는 금속층을 지지하는 지지 구조체를 형성하는 단계를 추가로 포함한다. 일 실시형태에서, 지지 구조체를 형성하는 단계는 희생 재료의 적어도 일부를 제거하여 개구부를 형성하는 단계를 포함한다. 일 실시형태에서, 상기 방법은 전술한 바와 같은 지지 재료로 상기 개구부를 채우는 단계를 포함한다.

도 11은 도 9의 공정 순서도에 따라서 본 명세서에 기재된 적절한 증착 조건을 선택하는 단계 및 희생층을 형성하는 단계를 포함하는 MEMS 장치를 제조하는 다른 실시형태를 나타낸다. 도 11은 희생층(204)이 균질하기보다는 오히려 불균질하게 되도록 도 9의 선택된 증착 조건(910) 및 희생층의 형성 단계(915)를 변화시키는 점에서 도 10의 것과 상이하다. 그러나, 도 10의 층들(102, 104, 106)을 채택하는 모든 실시형태는 도 11의 층들(202, 204, 206)에 유용한 것으로 간주될 수 있다. 도 10에 의해 채택되는 실시형태에서 위에서 설명된 도 9로부터의 공정 단계들(905, 925 및 930)은 도 11에서 채택되는 실시형태에서도 적용가능하다.

증착 조건은 광학적 적층부 위에 비정질 실리콘을 증착시키는 과정 동안 조정될 수 있다. 예를 들어, 공급 가스는 그의 증착 과정 동안 실리콘의 형태를 변경하는 추가의 반응물 가스로 도핑될 수 있다. 반응물의 예로는 N₂, N₂O, NH₃, NF₃, O₂ 및 이들의 조합물을 들 수 있다. 증착 동안 공급 가스에 본 명세서에 기재된 바와 같은 반응물의 첨가는 1종 이상의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 비정질 실리콘을 형성한다. 일 실시형태에서, 선택된 증착 조건은 희생층이 조성적으로 불균질한 재료를 포함하도록 희생층의 증착 동안 공급 가스 중의 반응물의 양을 변화시키는 것을 포함한다. 일 실시형태에서, 공급 가스는 N₂O를 더욱 포함한다.

공급 가스 중의 반응물을 사용하는 일없이 광학적 적층부에 비정질 실리콘의 부착이 허용가능할 경우가 있지만, 공급 가스에 반응물의 도입에 의해 제공되는 이점은, 얻어지는 증착된 층이 반응물이 없는 것보다 광학적 적층부에 대해서 더 많은 부착성을 지닌다는 점이다. 그러나, 광학적 적층부에의 부착성 향상은 희생 재료의 표면 조도를 저감시킬 수 있다. 도 9 및 도 10에서 위에서 설명된 바와 같이 향상된 표면 조도를 유지하기 위하여, 반응물은 비정질 실리콘층의 하부 영역의 초기 형성 후에 공급 가스로부터 제거될 수 있다. 도 11은 불균질 비정질 실리콘 희생층의 형성과 제거를 예시하고 있다.

도 9 및 도 11을 참조하면, 증착 조건을 선택하는 스텝 910은 광학적 적층부(202) 위에 희생층(204)의 증착 개시 시 공급 가스 중의 반응물을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 공급 가스 중의 반응물은 이어서 비정질 실리콘층(204)이 형성됨에 따라 감소 및/또는 제거될 수 있다. 희생층을 형성하는 스텝 915 동안, 비정질 희생층(204)은 하부 영역(204a)과 상부 영역(204b)을 형성하되, 하부 영역(204a)은 상부 영역(204b)과는 조성적으로 상이하다. 도 11b에 도시된 바와 같이, 하부 영역(204a)은 도 10에 도시된 것과 같이 거칠지 않은 표면을 지니는 비정질 실리콘의 영역을 포함한다. 그러나, 하부 영역(204a)은, 상부 영역(204b)(예컨대, 비도핑된 비정질 실리콘)의 부착성에 비해서, 광학적 적층부(202)에 대해 증강된 부착성을 지닌다. 그러나, 위쪽에 놓이는 금속층(206)에 궁극적으로 전사되는 표면 조도는, 비정질 실리콘 희생층(204)의 상부 영역(204b)이 반응물 가스의 부재 시 형성되고 높은 표면 조도가 유지되기 때문에 영향받지 않는다.

도 11에 나타낸 하부 영역(204a)과 상부 영역(204b)의 크기는 일정 척도로 되어 있지 않다. 이들 영역의 상대적인 크기는, 해당 영역들의 적절한 크기를 제공하기 위해 본 명세서의 개시에 의해 안내되는 관례적인 실험을 이용해서 당업자에 의해 조정될 수 있다. 이상적으로는, 하부 영역(204a)은 광학적 적층부에 대한 부착성을 위해 충분한 양으로 제공될 것이고, 나머지는 표면 조도를 제공하도록 상부 영역(204b)일 것이다. 예를 들어, 하부 영역(204a) 혹은 부착 영역은 증착된 비정질 실리콘막의 최종 표면 조도를 포함하는 일없이 충분한 부착성을 얻기 위하여 약 수백 Å 이하의 두께를 지닐 수 있다. 일 실시형태에서, 하부 영역(204a)은 1종 이상의 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 비정질 실리콘을 포함한다. 일 실시형태에서, 상부 영역은, 하부 영역의 표면 지형과 비교해서, 별개의 표면 지형을 지닌다.

희생층(204) 위에 위에 놓이는 층(206)을 형성하는 스텝 925는 이어서 계면(207)의 표면 조도가 도 10에 관하여 위에서 설명된 바와 같이 되게끔 계면(207)을 형성하도록 수행될 수 있다. 하부 영역(204a)과 상부 영역(204b)은 모두 전술한 에칭 과정에 의해 제거되어, 정지마찰을 억제하기에 충분한 높은 조도를 지니는 표면(209)을 가진 위쪽에 놓이는 금속층(206)을 형성할 수 있다. 일 실시형태에서, 실질적으로 전체의 희생층(204)이 에칭 과정에서 제거된다. 일 실시형태에서, 얻어지는 공동부(210)는 광학적 적층부(202)(예컨대, 전기 전도성 층과 유전체층을 포함함)와 전술한 바와 같은 이동식 전도성 층인 위쪽에 놓이는 금속층(206) 사이에 있는 간섭계 공동부이다.

실시예

비정질 실리콘 증착의 각각에 대해서, 부분 제작된 간섭계 변조기 기판이 PECVD 증착 시스템의 공정 챔버 내에 위치결정되었다. 해당 PECVD 시스템은 진공 챔버 내에 수용된 두 평행한 판, 즉, 상부판과 하부판으로서 구성되었다. 상부판은 가스를 공급하기 위한 샤워헤드를 닮았고, 하부판은 가열된 웨이퍼 정반(wafer platen)이었다.

상기 샘플을 형성하는 데 이용된 각 기판은 광학 흡수체, 하부 전극 및 절연체 적층부를 포함하는 수개의 패턴화된 금속과 유전체 박막층으로 이미 증착되어 있었다. 상기 웨이퍼 정반은 150℃ 내지 250℃의 온도까지 가열되어 증착 과정 동안 유지되었다. 기판이 상기 챔버 내에 도입된 후, 해당 챔버는 대략 50 mTorr의 기본 압력까지 즉시 배기되었다. 각각 이하에 설명되는 소정 혼합물 중의 전구체, 희석제 및 도핑 가스가 상부판 샤워 헤드 전극을 통해 상기 챔버 내에 유입되는 한편, 기판의 온도와 챔버 사전설정 압력은 안정화되었다.

약 30초의 기간 후, 일단 압력이 안정화되면, 상기 샤워헤드에 접속된 RF 전원을 이용해서 플라즈마를 충돌시켰다. 웨이퍼를 지지하는 상기 정반을 접지하거나 낮은 주파수 바이어스에 접속하였다. 미리 설정된 전력이 샤워 헤드를 통해서 인가된 후에, RF 전류와 반영된 전력을 모니터링하고 조율하는 외부의 RF 정합망을 이용해서 상기 플라즈마를 제어하여 유지하였다. 그러므로, 증착 과정의 인-시튜 모니터링(in-situ monitoring)은 RF 전류, 가스 흐름, 기판 온도 및 챔버 압력 파라미터를 트래킹함으로써 달성되었다. 플라즈마로부터의 에너지를 이용해서, 전구체 가스 분자가 반응성 라디칼 및 반응성 종으로 쪼개져서 기판의 표면 상으로 이송되었다. 전구체 종들이 서로 반응해서 웨이퍼의 표면 상에 안정한 분자를 형성하였고, 이들은 섬 내에 함께 핵을 형성하여 나중에 고체의 연속적인 희생층 내로 합병되었다.

반응물 가스를 혼입할 때, 해당 반응물은 공정 가스 구성성분 및 비를 조정함으로써 공급 가스 내에 도입되었다. 다량의 반응물 가스는 에칭 이형 과정 동안 잔류물을 형성할 수 있었다. 그러나, 막 내로 혼입되는 반응물 가스의 양은, 해당 막 내의 반응물의 양이 굴절률에 영향을 미치는 경향이 있기 때문에 해당 막 층의 굴절률을 모니터링함으로써 제어될 수 있다. 따라서, 반응물 가스는 비정질 실리콘의 굴절률이 3.3 이상으로 유지되는 양으로 제공된다.

공급 가스가 반응물과 도핑되고 비정질 실리콘이 수백 Å 이하의 두께로 형성된 후, 공정 가스 혼합물 속으로의 반응물 가스의 유입이 중지되었다. 비정질 실리콘막의 상부 영역은 최후의 전체적인 a-Si 층 두께가 얻어질 때까지 증착된다.

비교예 1 및 2

당업계에서 통상적으로 이용되는 표준 PVD 몰리브덴 희생층을 형성하였다(비교예 1). 표준 고온 비정질 실리콘의 두번째 비교예도 형성하였다. 비교예 2는 SiH₄를 110 sccm(standard cubic centimeters per minute)의 유량으로, He를 2000 sccm의 유량으로 흐르게 하면서 350℃의 온도에서 형성하였다.

실시예 3 내지 7: 희생층으로서의 균질한 비도핑된 비정질 실리콘층

실시예 3은 120 sccm의 유량으로 SiH₄를 흐르게 하면서 200℃의 온도에서 형성된 비정질 실리콘이었다. 실시예 4는 40 sccm의 유량으로 SiH₄를, 500 sccm의 유량으로 He를 흐르게 하면서 200℃의 온도에서 형성된 비정질 실리콘이었다. 실시예 5는 60 sccm의 유량으로 SiH₄를, 1500 sccm의 유량으로 He를 흐르게 하면서 200℃의 온도에서 형성된 비정질 실리콘이었다. 실시예 6은 60 sccm의 유량으로 SiH₄를, 500 sccm의 유량으로 He를 흐르게 하면서 200℃의 온도에서 형성된 비정질 실리콘이었다. 실시예 7은 80 sccm의 유량으로 SiH₄를, 500 sccm의 유량으로 He를 흐르게 하면서 200℃의 온도에서 형성된 비정질 실리콘이었다.

실시예 8 내지 9: 희생층으로서의 균질한 도핑된 비정질 실리콘층

실시예 8은 80 sccm의 유량으로 SiH₄를, 500 sccm의 유량으로 He를, 10 sccm의 유량으로 N₂O를 흐르게 하면서 200℃의 온도에서 형성된 비정질 실리콘이었다. 실시예 9는 100 sccm의 유량으로 SiH₄를, 500 sccm의 유량으로 He를, 10 sccm의 유량으로 N₂O를 흐르게 하면서 200℃의 온도에서 형성된 비정질 실리콘이었다.

실시예 10 및 11: 희생층으로서의 불균질 비정질 실리콘층

실시예 10 및 11은 각각 조성적으로 상이한 상부 영역과 하부 영역으로 작성되었다. 실시예 10의 하부 영역은 60 sccm의 유량으로 SiH₄를, 1500 sccm의 유량으로 He를, 10 sccm의 유량으로 N₂O를 흐르게 하면서 150℃의 온도에서 형성된 비정질 실리콘이었다. 실시예 10의 상부 영역은 80 sccm의 유량으로 SiH₄를, 500 sccm의 유량으로 He를 흐르게 하면서 180℃의 온도에서 형성된 비정질 실리콘이었다. 실시예 11의 하부 영역은 80 sccm의 유량으로 SiH₄를, 500 sccm의 유량으로 He를, 20 sccm의 유량으로 N₂O를 흐르게 하면서 150℃의 온도에서 형성된 비정질 실리콘이었다. 실시예 11의 상부 영역은 80 sccm의 유량으로 SiH₄를, 500 sccm의 유량으로 He를 흐르게 하면서 180℃의 온도에서 형성된 비정질 실리콘이었다.

각 실시예는 RMS 표면 조도에 대해서 측정되었다. 실시예의 일부는 MEMS 장치 내에 형성되고, 정지마찰에 대한 시간이 측정되었다. 그 결과는 하기 표 1에 부여되어 있다.

	표면조도(㎚ RMS)	1.8Va에서의 정지마찰에 대한 시간(분)
비교예 1	1.6	100
비교예 2	0.4	<1
실시예 3	0.93
실시예 4	1.33
실시예 5	1.6	200
실시예 6	1.9
실시예 7	2.0	1000
실시예 8	1.3	<5
실시예 9	1.5	<5
실시예 10	1.4
실시예 11	1.6

표 1에 표시된 바와 같이, 저온, 예컨대, 약 250℃ 이하에서 증착된 비정질 실리콘 희생층의 표면 조도는 보다 고온에서 증착된 전형적인 비정질 실리콘 샘플의 표면 조도보다 훨씬 높았다. 비반응성 가스, 예컨대, 헬륨의 첨가는 첨가하지 않은 것(실시예 3)보다 높은 표면 조도를 제공하였다. 또한, 해당 조도값은 몰리브덴 희생층에 대한 조도값과 유사하거나, 경우에 따라서는 보다 높았다. 반응물 가스 없이 형성된 상부 영역을 지니는 저온에서 형성된 비정질 실리콘층(실시예 5 및 7)은 MEMS 장치에 대한 정지마찰값에 비해 우수한 시간을 나타낸다.

단, 전술한 실시형태는, 도 1에 도시된 것과 비교해서, 반대쪽으로부터 본 간섭계 변조기 구조에도 적용가능하다. 이러한 구성은 기판에 더욱 가까운 반사 전극(투명할 필요는 없음)과 기판으로부터 훨씬 먼 반투명 전극을 구비한다. 이들 전극 중 어느 한쪽 혹은 양쪽 모두는 이동가능하게 되어 있을 수 있었다. 또한, 도시되어 있지는 않지만, 도 8 내지 도 11의 실시형태는 도 1 내지 도 7을 참조하여 위에서 설명된 실시형태의 임의선택적인 것과 조합될 수 있음에 유의할 필요가 있다.

상기 변형예는 더욱 강인한 설계 및 제조를 제공하는 데 활용될 수 있다. 또한, 상기 측면들은 간섭계 변조기의 선택된 실시형태의 견지에서 설명되고 있었지만, 당업자라면, 간섭계 변조기의 많은 상이한 실시형태가 상기 측면으로부터 혜택을 받을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 물론, 당업자가 이해할 수 있는 바와 같이, 간섭계 변조기의 추가의 대안적인 실시형태도 이용될 수 있다. 또, 간섭계 변조기의 각종 층은 반도체 및 전자기계 장치 제조의 기술에서 일반적으로 충분히 공지된 광범위한 전도성 및 비전도성 재료로부터 제조될 수 있다.

또, 상기 실시형태는, 간섭계 변조기에 관하여 설명되어 있지만, 기타 MEMS 장치, 특히 상대 이동 가능한 전극을 구비한 정전기 MEMS에 더욱 일반적으로 적용가능하며, 또한, 작동된 혹은 쇠약해진 위치에서 정지마찰을 방지할 수 있다.

이상의 상세한 설명이 다양한 실시예에 적용되는 본 발명의 새로운 특징들을 도시하고, 묘사하며, 지적하고 있지만, 예시된 장치 또는 방법의 형태나 상세한 설명에 있어서 다양한 생략, 대체 및 변화들이 본 발명의 정신으로부터 벗어나는 일 없이 당업자에 의해 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 인식되는 바와 같이, 본 발명은 본 명세서에 기재된 특징 및 이점을 모두 제공하지 않는 형태 내로 구현될 수 있고, 몇몇 특징은 다른 것과 별도로 이용되거나 실시될 수 있다.

Claims

약 250℃ 이하의 증착 온도를 포함하는 증착 조건을 선택하는 단계; 및
상기 선택된 증착 조건 하에, 비정질 실리콘을 포함하는 희생층을 광학적 적층부(optical stack) 위에 증착시키는 단계를 포함하는, 마이크로전자기계 시스템(microelectromechanical systems: MEMS) 장치의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 선택된 증착 조건은 화학적 기상 증착(CVD: Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 강화 화학적 기상 증착(PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 및 증발 증착으로부터 선택된 증착 기술을 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 선택된 증착 조건은 PECVD를 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선택된 증착 조건은 공급 가스(feed gas)를 제공하는 단계를 포함하되, 공급 가스는 실란을 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제4항에 있어서, 상기 실란은 SiH₄, SiHCl₃, SiH₂Cl₂ 및 SiH₃Cl로부터 선택된 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 증착된 바와 같은 상기 희생층이 약 1.0㎚ RMS보다 큰 표면 조도(surface roughness)를 지니도록 증착 조건을 선택하는 단계를 추가로 포함하는, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 증착된 바와 같은 상기 희생층이 약 1.5㎚ RMS보다 큰 표면 조도를 지니도록 증착 조건을 선택하는 단계를 추가로 포함하는, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 증착된 바와 같은 상기 희생층이 약 1.8㎚ RMS보다 큰 표면 조도를 지니도록 증착 조건을 선택하는 단계를 추가로 포함하는, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 적층부는 유전체층을 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제9항에 있어서, 상기 유전체층은 실리콘 산화물 및 알루미늄 산화물로부터 선택된 유전체 재료를 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 유전체층 위에 희생층을 증착시키는 단계를 추가로 포함하는, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희생층 위에 금속층을 증착시키는 단계를 추가로 포함하는, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제12항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄, 니켈 및 이들의 합금으로부터 선택된 금속을 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제12항 또는 제13항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄을 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 증착된 바와 같은 상기 금속층은 상기 희생층과 접촉하는 표면을 지니고, 해당 표면은, 공동부(cavity)를 형성하기 위하여 상기 희생층의 제거 후 상기 금속층과 상기 광학적 적층부 사이의 정지마찰을 저감시키는 데 유효한 표면 조도를 지니는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 금속층의 표면 조도는 약 1.0 ㎚ RMS보다 큰 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 금속층의 표면 조도는 약 1.5 ㎚ RMS보다 큰 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제15항에 있어서, 상기 금속층의 표면 조도는 약 1.8 ㎚ RMS보다 큰 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 공동부를 형성하기 위하여 상기 희생층의 제거 후 상기 광학적 적층부 위에 상기 금속층을 지지하는 지지 구조체를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제19항에 있어서, 상기 지지 구조체를 형성하는 단계는 상기 희생 재료의 적어도 일부를 제거하여 개구부를 형성하는 단계를 포함하는 것인 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제20항에 있어서, 상기 개구부를 지지 재료로 채우는 단계를 추가로 포함하는, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제12항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희생층을 에칭제(etchant)로 에칭하는 단계를 추가로 포함하는, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제22항에 있어서, 상기 에칭제는 XeF₂를 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 희생층을 제거하여 공동부를 형성하는 단계를 추가로 포함하는, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제24항에 있어서, 상기 공동부는 상기 금속층과 상기 광학적 적층부 사이에 있는 간섭계 공동부(interferometric cavity)를 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증착 온도는 약 150℃ 내지 약 250℃의 범위 내인 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제4항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 가스는 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논 및 이들의 조합물로부터 선택된 비반응성 가스를 추가로 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제4항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 가스는 헬륨 및 아르곤으로부터 선택된 비반응성 가스를 추가로 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제4항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 가스는 수소를 추가로 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제4항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 가스는 N₂, N₂O, NH₃, NF₃, O₂ 및 이들의 조합물로부터 선택된 반응물을 추가로 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제4항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공급 가스는 N₂O를 추가로 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제30항 또는 제31항에 있어서, 상기 선택된 증착 조건은 상기 희생층이 조성적으로 불균질한 재료를 포함하도록 해당 희생층의 증착 동안 상기 공급 가스 중에 상기 반응물의 양을 변화시키는 단계를 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제30항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희생층은 하부 영역과 상부 영역을 포함하되, 해당 하부 영역은 상기 상부 영역과는 조성적으로 상이한 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제33항에 있어서, 상기 하부 영역은 상기 상부 영역과 비교해서 상기 광학적 적층부에 대해서 증강된 부착성을 지니는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제33항 또는 제34항에 있어서, 상기 하부 영역은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 비정질 실리콘 중 1종 이상을 포함하는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
제33항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 영역은 상기 하부 영역의 표면 지형(surface topography)과 비교해서 상이한 표면 지형을 지니는 것인, 마이크로전자기계 시스템 장치의 제조방법.
광학적 적층부;
비정질 실리콘을 포함하는 희생층; 및
상기 희생층 위에 형성되어 해당 희생층과 계면을 형성하는 금속층을 포함하되,
상기 희생층과 금속층의 계면은 공동부를 형성하기 위하여 상기 희생층의 제거 후 상기 금속층과 광학적 적층부 사이의 정지마찰을 저감시키는 데 유효한 표면 조도를 포함하는 것인, 미해제된(unreleased) MEMS 기판.
제37항에 있어서, 상기 계면은 약 1.0 ㎚ RMS보다 큰 조도(roughness)를 지니는 것인 미해제된 MEMS 기판.
제37항에 있어서, 상기 계면은 약 1.5 ㎚ RMS보다 큰 조도를 지니는 것인 미해제된 MEMS 기판.
제37항에 있어서, 상기 계면은 약 1.8 ㎚ RMS보다 큰 조도를 지니는 것인 미해제된 MEMS 기판.
제37항 내지 제40항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 희생층은 하부 영역과 상부 영역을 포함하되, 해당 하부 영역은 상기 상부 영역과는 조성적으로 상이한 것인 미해제된 MEMS 기판.
제41항에 있어서, 상기 하부 영역은 상기 상부 영역에 비해서 상기 광학적 적층부에 대해서 증강된 부착성을 지니는 것인 미해제된 MEMS 기판.
제41항 또는 제42항에 있어서, 상기 하부 영역은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 및 비정질 실리콘 중 1종 이상을 포함하는 것인 미해제된 MEMS 기판.
제37항 내지 제43항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속층은 알루미늄을 포함하는 것인 미해제된 MEMS 기판.
제37항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 적층부는 유전체층을 포함하는 것인 미해제된 MEMS 기판.
제45항에 있어서, 상기 유전체층은 실리콘 산화물 및 알루미늄 산화물로부터 선택된 유전체 재료를 포함하는 것인 미해제된 MEMS 기판.
제37항 내지 제46항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 광학적 적층부는 전극층 및 부분 반사층을 포함하는 것인 미해제된 MEMS 기판.