KR20170125182A

KR20170125182A - 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20170125182A
Application number: KR1020160054843A
Authority: KR
Inventors: 박재형; 이승기; 김용권; 지창현; 이성우
Original assignee: 단국대학교 산학협력단
Priority date: 2016-05-03
Filing date: 2016-05-03
Publication date: 2017-11-14
Also published as: KR101885422B1

Abstract

전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치 및 그 제조방법이 개시된다. 이는 중앙부위에 개방홀을 가지는 기판과, 개방홀에 배치되어 미러판을 포함하고 전자기력에 의해 미러판의 반사 각도의 조절이 가능하도록 설치되는 미러유닛과, 미러판의 상부에 상부공간을 제공하도록 기판의 상면에 배치되는 상부 캡부와, 미러판의 하부에 하부공간을 제공하도록 기판의 하면에 배치되는 하부 캡부를 포함한다. 미러유닛의 코일은 수직형 비아 콘택 요소를 통하여 외부 접속패드와 연결된다.

Description

전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치 및 그 제조방법{ELECTROMAGNEICALLY ACTUATED SCANNING MICROMIRROR DEVICE AND METHOD THEROF}

본 발명은 스캐닝 마이크로 미러 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진공 패키지를 구비하는 전자기력 구동 스캐팅 마이크로 미러 및 그 제조방법에 관한 것이다.

광소자 기술의 발전에 따라 광을 정보 전달의 매개체로 사용하는 빔 스캐닝 기술이 다양하게 이용되고 있다. 이를테면, 문서 스캐너나 레이저 프린터와 같이 일반적인 경우나, CO, CO₂, 먼지 등의 농도를 탐지하는 분야에 광범위하게 적용된다. 최근에는 지능형 자동차 시스템이나 가정용 및 산업용 로봇 등에 적용되어 빔 스캔을 통해 장애물과의 거리 및 지형을 인식하는 데에도 이용된다.

이와 같은 빔 스캔 분야에는 스캐닝 마이크로 미러가 하나의 필수적인 구성요소로 채용된다. 스캐닝 마이크로 미러는 광원으로부터 빔을 탐지 대상물에 주사하는데 이용되며, 적용되는 제품에 따라 다양한 주사 속도와 주사 범위를 가질 것이 요구된다.

이러한 스캐닝 마이크로 미러는 반사면과 입사광이 이루는 입사 각도를 조절하기 위한 변위를 위해 구동부가 구비된다. 최근 구동부로는 전자기력을 이용한 구성이 많이 채택되고 있다.

한편, 마이크로 스캐닝 미러의 적용 분야가 다양하게 확대되면서, 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치를 보다 더 안전하고 안정적으로 동작할 환경을 제공할 필요가 있다.

미국특허 제5,982,521호

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 감안한 것으로서, 본 발명은 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치를 제공한다.

본 발명은 또한 상술한 개선된 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치를 제공하며, 이는: 중앙부위에 개방홀을 가지는 기판; 상기 개방홀에 배치되어 미러판을 포함하고, 전자기력에 의해 상기 미러판의 반사 각도의 조절이 가능하도록 설치되는 미러유닛; 상기 미러판의 상부에 상부공간을 제공하도록 상기 기판의 상면에 배치되는 상부 캡부; 및 상기 미러판의 하부에 하부공간을 제공하도록 상기 기판의 하면에 배치되는 하부 캡부를 포함하고, 상기 상부공간과 상기 하부공간은 진공 상태이다.

상기 미러유닛은: 상기 미러판; 상기 미러판을 제1축과 상기 제1축과 교차하는 제2축 각각을 중심으로 회동가능하게 지지하는 지지부; 상기 지지부와 상기 미러판의 상에 배치되고 상기 기판 상면으로 연장된 코일; 및 상기 코일과 전자기력을 발생시키도록 배치되는 자석;을 포함할 수 있다.

상기 기판은 하나 이상의 비아홀을 포함하고, 상기 비아홀 내에 배치되어 상기 기판 상면의 코일과 연결되고 상기 기판의 하면으로 노출된 구리로 형성된 비아 콘택 요소가 배치될 수 있다.

상기 하부 캡부는 상기 비아 콘택 요소를 상기 기판의 하부측으로 외부 노출시키는 접속홀을 구비하고, 상기 제2공간은 상기 접속홀을 배제하도록 형성될 수 있다.

상기 상부 캡부와 상기 하부 캡부의 적어도 일부를 감싸는 하우징을 더 포함할 수 있고, 상기 자석은 상기 하우징에 설치될 수 있다.

본 발명은 또한 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법을 제공하며, 이는: (a) 하나 이상의 비아 콘택 요소가 하면측에 매립 형성된 기판과, 하나 이상의 접속홀과 제1캐비티를 구비하는 하부 캡부와, 제2캐비티를 구비하는 상부 캡부를 각각 준비하는 단계; (b) 상기 기판의 하면에 상기 하부 캡부를 본딩하는 단계; (c) 상기 비아 콘택 요소의 상면이 노출되도록 상기 기판의 상부 부분을 소정두께로 제거하는 단계; (d) 상기 기판의 상면에 코일과 미러판을 형성하는 단계; (e) 제2캐비티를 구비하는 상부 기판을 상기 기판 상면에 본딩하는 단계; 및 (f) 자석이 설치된 하우징을 결합하는 단계;를 포함 (g) 자석이 설치된 하우징을 결합하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 제1캐비티는 상기 기판의 하면에 밀폐된 하부공간을 형성하고, 상기 제2캐비티는 상기 기판의 상면에 밀폐된 상부공간을 형성하며, 상기 하부공간과 상기 상부공간은 상기 미러판과 상기 기판 사이의 틈으로 소통될 수 있다.

상기 하나 이상의 접속홀은 상기 하나 이상의 비아 콘택 요소를 상기 기판의 하부측으로 외부 노출시킬 수 있다.

상기 단계 (a)에서 상기 기판의 준비는: (a1-1) 상기 기판의 하면에 상기 하나 이상의 비아홀을 소정깊이로 형성하는 단계; (a1-2) 상기 하나 이상의 비아홀에 매립된 상기 비아 콘택 요소를 형성하는 단계; 및 (a1-3) 상기 기판의 하면으로 노출된 상기 비아 콘택 요소 상에 배치되는 접속패드와, 상기 기판의 하면의 소정위치에 미러 반사면부를 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. (a1-4) 상기 미러판을 지지하는 부위의 두께 조절을 위한 상기 기판 하면의 소정부위를 식각하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 비아 콘택 요소는 구리로 형성하는 것일 수 있다.

상기 단계 (a1-2)는: 상기 하나 이상의 비아홀의 내면을 포함하는 상기 기판의 하면에 패시베이션층을 형성하는 과정; 상기 패시베이션층 상에 도금을 위한 씨앗층을 형성하는 과정; 상기 비아홀 부위를 제외한 상기 기판의 씨앗층 상에 도금 마스크층을 형성하는 과정; 및 상기 비아홀 내부에 구리를 도금하여 상기 비아 콘택 요소를 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 도금 마스크층 및 상기 비아 콘택 요소의 일부를 제거하여 평탄화하는 과정을 더 수행할 수 있다.

상기 단계 (a1-3)은: 상기 기판의 하면에 있어서, 상기 비아 콘택 요소의 상부 부위와 상기 미러 반사면부 부위를 노출시키는 리프트오프 마스크를 형성하는 과정; 알루미늄층을 증착하는 과정; 및 상기 리프트오프 마스크를 제거하여 상기 접속패드와 상기 미러 반사면부를 형성하는 과정;을 포함할 수 있다.

상기 단계 (a)의 하부 캡부를 준비는: (a2-1) 하부 글라스판의 상면으로부터 상기 제1캐비티를 형성하는 단계; 및 (a2-2) 상기 하부 글라스판 하면으로부터 상기 하나 이상의 접속홀을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 단계 (a2-2)는 상기 하나 이상의 접속홀이 형성될 부위를 노출시키는 블라스팅 마스크를 형성하고 샌드 블라스팅으로 형성하는 것일 수 있다.

상기 단계 (d)에서 상기 코일의 형성은: (d-1) 상기 기판의 상면에 상기 비아 콘택 요소의 상면을 노출시키는 절연막을 형성하는 단계; (d-2) 상기 비아 콘택 요소 상에 구리로 TSV(through-silicon-via)를 형성하는 단계; (d-3) 상기 절연막 상에 코일 형성 마스크를 형성하는 단계; (d-4) 상기 도금 공정을 이용하여 상기 코일을 형성하는 단계; 및 (d-5) 상기 코일 형성 마스크를 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 단계 (d-3) 전에 상기 절연막과 상기 TSV 상에 코일을 위한 도금 씨앗층을 형성하는 과정을 더 수행할 수 있다.

상기 단계 (d)에서 상기 미러판의 형성은: (d-6) 상기 코일 상에 제1 미러판 형성 마스크를 형성하는 단계; (d-7) 노출된 상기 코일을 위한 도금 씨앗층과 절연막을 제거하는 단계; (d-8) 상기 제1 미러판 형성 마스크를 제거하고 제2 미러판 형성 마스크를 형성하는 단계; (d-9) 상기 기판을 관통하도록 식각하여 상기 미러판을 형성하는 단계; 및 (d-10) 상기 제2 미러판 형성 마스크를 제거하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 단계 (d-7)에서, 상기 상부 캡부가 본딩되는 부위의 도금 씨앗층과 절연막을 함께 제거하여 해당 부위의 기판을 노출시키는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치 및 그 제조방법이 제공된다. 이러한 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치는 상부 캡부와 하부 캡부로 패키징되어 진공 공간을 제공하므로 정밀하고 안정적인 미러 구동 공간을 제공할 수 있고, 주변의 거친 환경에서도 미러를 보호할 수 있게 된다. 또한 진공 상태에서 마이크로 미러가 구동하므로 같은 소모 전력 대비 큰 구동각을 구현할 수 있다. 또한, 수직으로 배열되는 비아 콘택에 구리를 사용함으로써 전기적인 손실없이 우수한 전기적인 특성을 나타낼 수 있다. 본 발명의 제조방법은 웨이퍼 단위의 패키징 공정을 수행될 수 있어서 생산단가를 절감할 수 있다.

도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치를 위에서 바라본 사시도이다.
도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치를 아래에서 바라본 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치에서 기판과 하부 캡부가 결합된 직후에 대한 도면이다.
도 2b는 본 발명의 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치에서 기판과 하부 캡부가 결합된 상태에서 미러판을 제조한 직후에 대한 도면이다.
도 3은 본 발명의 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치에 대한 도면으로서, 도 1의 A-A에 따른 단면도이다.
도 4a 및 4b는 본 발명의 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 일부를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치에 채용되는 하부 캡부를 보여준다.
도 6은 본 발명의 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치에 채용되는 상부 캡부를 보여준다.
도 7 내지 도 29는 본 발명의 광경화형 코팅 조성물 제조방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치를 위에서 바라본 사시도이다. 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치를 아래에서 바라본 사시도이다. 도 2a는 본 발명의 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치에서 기판(10)과 하부 캡부(32)가 결합된 직후에 대한 도면이다. 도 2b는 본 발명의 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치에서 기판(10)과 하부 캡부(32)가 결합된 상태에서 미러판을 제조한 직후에 대한 도면이다. 도 2b에서는 상부 캡부(31)가 결합되기 전을 나타낸다.

도 3은 도 1의 A-A에 따른 단면도이다.

도 1a, 도 1b, 도 2a, 도 2b, 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치는 기판(10), 미러유닛, 및 상하 캡부(31, 32)를 포함한다. 미러유닛은 기판(10)에 지지된 미러판(21)이 전자기력에 의해 움직임이 가능하여 반사방향을 변경할 수 있다.

기판(10)은, 예를 들어, 실리콘 기판일 수 있고, 중앙 부위에 개방홀을 가진다. 이러한 개방홀에 미러유닛의 미러판(21)이 배치된다. 기판(10)은 또한 아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이 코일(22)에 대한 외부 접속을 허용하기 위한 하나 이상의 비아홀(13)을 구비한다. 이러한 하나 이상의 비아홀(13) 각각은 기판(10)을 상하로 관통하는 형태를 가지고, 그 내부에는 비아 콘택 요소(23)가 배치되어 기판(10) 상면에 배치된 코일(22)이 기판(10)의 하면으로 노출될 수 있도록 한다.

미러유닛은 기판(10)에 가동 가능하게 설치되는 미러판(21), 코일(22), 및 자석(24)을 포함한다. 미러유닛은 또한 미러판(21)을 기판(10)에 가동 가능하게 지지하기 위한 지지부(25)를 더 포함한다.

본 발명의 지지부(25)는 소위 2축 또는 3축의 짐볼(gymbal) 시스템을 포함할 수 있다. 이를테면, 지지부(25)는 제1축(251) 또는 제1스프링부에 의해 기판(10)에 연결된 제1링부(252)와, 제1링부(252)에 제1축(251)과 교차하는 방향으로 배치된 제2축 또는 제2스프링부에 의해 연결된 제2링부(254)를 포함할 수 있다. 미러판(21)이 제2링부(254) 내에 배치되어 제3축 또는 제3스프링에 의해 제2링부(254)에 연결된다. 제3축은 제2축과 교차하는 방향으로 배치된다. 이와 같은 짐볼 시스템은 미러판(21)을 2축 또는 3축을 중심으로 회동가능하게 지지하여 미러의 반사방향을 변경시킬 수 있도록 한다. 미러판(21)의 하면 부위에는 금속물질로 미러 반사면부(27)이 배치된다.

지지부(25)의 각 요소들 상면에는 코일(22)이 배치된다. 따라서, 코일(22)은 제1링부(252), 제2링부(254), 제1축(251), 제2축, 제3축, 및 미러판(21)의 상면에 위치하고 또한 양측의 기판(10) 상면으로 연장되어 비아홀(13)의 비아 콘택 요소(23)와 접속하게 된다. 코일(22)이 각 링부(252, 254) 상에 배치되기 때문에 해당 부위에서는 링 형상을 가지게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 채용되는 비아 콘택 요소(23)는 구리가 이용될 수 있다. 이러한 비아 콘택 요소(23)는 하면에 형성된 접속패드(26)에 접속되어 상술한 바와 같이 외부에 노출된다.

전류가 흐르는 코일(22)과 더불어 전가기력을 발생시키는 자석(24)은 바람직한 실시예에서는 후술되는 하우징(40)에 배치될 수 있다. 즉, 코일(22)에 전류가 흐르고, 영구 자석(24)에 의해 형성된 자기장에 의해 발생한 로렌츠(Lonrentz force)에 의해 미러가 가동(움직임)하게 된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치는 상부 캡부(31)와 하부 캡부(32)를 포함하며, 이들은 미러의 구동 영역을 진공 상태로 유지시킨다.

상부 캡부(31)는 글라스로 형성될 수 있으며, 제2캐비티(C2)를 구비하여 기판(10)의 상면에 본딩되어 상부공간(33)를 형성한다. 상부공간(33)은 미러판(21) 상부와 코일(22)을 내부에 수용하는 크기를 가진다.

하부 캡부(32)는 기판(10)의 하면에 본딩되며, 제1캐비티(C1)를 가져서 기판(10)에 본딩되어 하부공간(34)을 형성한다. 하부공간(34)은 적어도 미러판(21) 하부 영역을 수용하는 형태를 가진다. 하부 캡부(32)는 비아 콘택 요소(23) 또는 접속패드(26)를 외부로 노출시키기 위한 하나 이상의 접속홀(321)을 가진다. 이러한 접속홀(321)은 위쪽(접속패드(26)쪽)에서 아래쪽으로 갈수록 넓어지는 형상을 가질 수 있다.

도 3에서 잘 보이는 바와 같이 상부공간(33)과 하부공간(34)은 미러판(21)과 기판(10) 사이의 틈(미러판(21)과 지지부(25)가 배치되고 남은 개방홀의 잔여부분)에 의해 서로 소통된 상태이며, 이들 상부공간(33)과 하부공간(34)은 진공 상태를 유지한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 도 3에서 도시된 바와 같이, 상부 캡부(31)와 하부 캡부(32)의 일부를 감싸는 하우징(40)이 더 구비될 수 있고, 하우징(40)에는 상술한 바와 같이 자석(24)이 설치될 수 있다.

이하에서는 도면을 참조하여 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법은 하나 이상의 비아 콘택 요소(23)가 하면측에 매립 형성된 기판(10)과, 하나 이상의 접속홀(321)과 제1캐비티(C1)를 구비하는 하부 캡부(32)와, 제2캐비티(C2)를 구비하는 상부 캡부(31)를 각각 준비하는 단계를 수행한다. 이렇게 준비된 기판(10), 상부 캡부(31) 및 하부 캡부(32)가 도 4a, 4b, 5 및 6에 개략적으로 보여진다.

도 4a는 비아 콘택 요소(23)가 형성된 기판(10)의 하면 부위를 보여주고, 도 4b는 비아 콘택 요소(23) 상에 접속패드(26)가 형성되고, 제1축(251), 또는 스프링 부위와 같이 미러판(21)의 지지부위의 두께를 조절하기 위한 식각을 수행한 후의 기판(10) 하면을 보여준다. 중앙 부위에 미러판(21)이 형성될 영역(MA)이 표시되어 있다.

도 4a 및 4b에서 보여지는 바와 같이, 비아홀(13)은 미러판이 형성될 중앙영역의 양측에 배치되며, 양측의 비아홀(13)들 각각은 군을 이루도록 복수개로 이루어질 수 있다. 도시한 예에서는 양측에 각각 4개의 비아홀(13)이 하나의 군을 이룬 형태이다. 각 비아홀(13)의 군 위에는 접속패드(26)가 배치된다.

도 5는 하부 캡부(32)를 보여준다. 하부 캡부(32)는 하나 이상의 접속홀(321)와 제1캐비티(C1)를 구비하며, 예를 들어 글라스판으로 제조될 수 있다. 하부 캡부(32)가 기판(10)의 하면에 본딩될 때 제1캐비티(C1)가 밀폐된 하부공간(34)을 형성한다.

도 6은 상부 캡부(31)를 보여준다. 상부 캡부(31)는 제2캐비티(C2)를 구비하며, 예를 들어 글라스판으로 제조될 수 있다. 상부 캡부(31)가 기판(10)의 상면에 본딩될 때 제2캐비티(C2)가 밀폐된 상부공간(33)을 형성한다.

이하에서는 본 발명의 각 요소의 제조과정과 요소들의 본딩 과정을 설명하기로 한다.

도 7 내지 도 29는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.

비아 콘택 요소를 구비하는 기판의 준비

먼저, 도 7에 나타낸 바와 같이 실리콘 웨이퍼를 준비한다. 실리콘 웨이퍼는 본 발명에 채용되는 기판(10)의 소재로 이용되며, 도시한 실시예에서는 약 525㎛의 두께를 가지는 실리콘 웨이퍼가 이용되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(기판)의 하면에 하나 이상의 비아홀(13)을 형성한다. 위에서도 설명한 바와 같이, 비아홀(13)은 기판(10)의 양측에 군으로서 구비될 수 있고, 도시한 예에서와 같이 4개의 비아홀(13)이 양측에 각각 형성될 수 있다. 비아홀(13)의 형성은 예를 들어 DRIE과 같은 비아홀 형성에 적합한 식각 공정을 이용할 수 있다. 도 8에서 도시하지는 않았지만 식각 공정에서 이용되는 PR 마스크(M1: 미도시)의 형성과 스트립 과정이 수행될 수 있다. 도시한 예에서와 같이 비아홀(13) 각각은 80㎛의 깊이와 폭을 가질 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 각 비아홀(13)의 내면을 포함하는 기판(10)의 하면 상에 패시베이션층(101)을 형성한다. 이러한 패시베이션층(101)은 예를 들어 2000ㅕ의 산화막(oxide)으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이어 도 10에 나타낸 바와 같이, 비아홀(13) 내부를 포함하는 패시베이션층(101) 상에 비아 콘택 요소의 도금을 위한 씨앗층(231)을 형성한다. 이는 예를 들어 스퍼터링을 이용하여 Cr/Au를 200/1000ㅕ의 두께로 형성할 수 있다.

도 11과 같이, 비아 콘택 요소 형성을 위한 도금 마스크층(M2)을 형성한다. 따라서 도금 마스크층(M2)을 비아홀(13) 부위를 제외한 기판(10)의 하면 상에 형성할 수 있고, 이는 예를 들어 포토리소그래피를 이용할 수 있다. 바람직하게는 비아홀 형성을 위한 도금 마스크층(M2)은 비아홀(13) 부위에 대하여 비아홀(13)의 폭보다 약 10㎛ 정도 더 크게 형성함으로써 비아 콘택 요소의 도금 시에 주변의 패시베이션 효과가 얻어질 수 있다.

도 12와 같이, 예를 들어 전기도금을 이용하여 Cu를 비아홀(13) 내에 채움으로써 비아 콘택 요소(23)를 형성한다.

상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에서는 비아 콘택 요소(23)를 수직 방향으로 Cu로 형성함으로써, 수평 전극 연결 방식에 비해, 전기적인 손실을 최소화할 수 있다.

이어 도 13과 같이, 예를 들어 CMP 등을 이용하여 기판(10)의 하면을 전체적으로 폴리싱함으로써 마스크(M2)와 비아 콘택 요소(23)의 하면 일부를 제거하여 평탄화시킨다. 결과물이 도 4a에서와 같은 형태를 갖게 된다.

도 14에 나타낸 바와 같이, 비아 콘택 요소(23) 상에 접속패드(26)와, 미러 반사면부(27)를 형성한다. 이는 리프트오프 마스크(M3: 미도시)를 형성한 후, Al층을 비아 콘택 요소(23)의 하면 상을 포함하여 기판(10)의 하면 전체에 형성하고 마스크(M3)를 리프트 오프함으로써 구현될 수 있다. 도시한 예에서는 접속패드(26)를 약 3000ㅕ의 두께로 형성하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 15에 나타낸 바와 같이, 식각마스크(M4: 미도시)를 기판(10)의 하면에 형성한 후, 제1축(251) 또는 스프링부와 같이 미러판(21)을 지지하게 되는 부위의 두께를 조절하기 위하여 기판(10)의 식각을 수행한다. 이러한 결과로 도 15 및 도 4b에 나타낸 바와 같이 미러판(21)이 형성될 영역(MA)이 정의된다.

하부 캡부의 준비

도 16에 도시한 바와 같이, 먼저 글라스판의 상면으로부터 제1캐비티(C1)을 형성한다. 이는 식각마스크(M5)를 이용하여 예를 들어 습식각과 같은 방식을 적용할 수 있다. 제1캐비티(C1)는 하부 캡부(32)가 상술한 바와 같이 기판(10)의 하면에 본딩되어 진공의 하부공간(34)을 형성하며, 이러한 하부공간(34)은 후술하는 상부공간(33)과 더불어 미러의 구동 영역을 제공한다.

이어, 도 17과 같이, 글라스판의 하면으로부터 하나 이상의 접속홀(321)을 형성한다. 이는 마스크(M6)을 글라스판 하면에 형성한 후 샌드 블라스팅과 같은 방식을 이용하여 구현할 수 있다. 이렇게 형성되는 접속홀(321)은 아래로부터 위쪽으로 좁아지도록 형성된다. 예를 들어, 도시한 예에서와 같이 접속홀(321)의 가장 아래 부분의 폭은 대략 700㎛이고, 가장 위 부분의 폭은 400㎛일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 또한, 접속홀(321)과 제1캐비티(C1) 간의 간격은 최소화(도시한 예에서는 약 200㎛)되도록 하고, 그럼으로써 하부 캡부(32)의 식각 영역을 최소화시켜서 상대적으로 높은 진공을 잡을 수 있다. 이렇게 형성된 하부 캡부(32)의 결과물이 도 17 및 도 5에서 보여진다.

기판과 하부 캡부의 본딩 및 미러 유닛의 제조

도 18에 나타낸 바와 같이, 도 15의 기판(10)과 도 17의 하부 캡부(32)를 본딩한다. 본딩은 예를 들어 양극 접합(Anodic bonding)을 이용하여 수행될 수 있으며, 제1캐비티(C1)가 미러판 형성 영역(MA)를 수용하는 형태로 배치되어 밀폐된 하부공간(34)을 형성하게 된다. 접속홀(321)들은 기판(10)에 형성된 해당 접속패드(26)를 외부로 노출하도록 배치된다.

다음에, 도 19에 나타낸 바와 같이 기판(10)의 상부부위를 제거하여 기판(10)이 소정두께, 예를 들어 도시한 예에서와 같이 약 70㎛의 두께가 되도록 함으로써, 기판(10)의 상부 부위와 비아 콘택 요소(23)의 상면의 패시베이션층(101) 및 도금 씨앗층(231)까지 제거되어 비아 콘택 요소(23)들이 기판(10)의 상면으로 노출되도록 한다.

도 20에 나타낸 바와 같이, 산화막을 기판(10)의 상면에 형성한 후 포토리소그래피와 식각 공정을 수행하여 비아 콘택 요소(23)들의 상면을 노출시키는 절연막(102)을 형성한다.

도 21에 나타낸 바와 같이, 예를 들어 전기도금과 같은 방식을 이용하여 노출된 비아 콘택 요소(23)들의 위에 구리로 TSV(233: through-silicon-via)을 형성한다. 이는 절연막(102)에 의해 형성된 비아 콘택 요소(23)들 상의 홈에 구리를 채우는 방식으로 진행되며, 이러한 TSV(233)에 의해 상면이 평탄화될 수 있다. 이어, 평탄화된 기판(10)의 상면, 정확하게는 절연막(102)과 TSV(233)의 상면에 코일을 위한 도금 씨앗층(232)을 Cr/Au로 형성한다.

도 22에 나타낸 바와 같이, 도금 씨앗층(232) 상에 예를 들어 PR과 같은 코일 형성용 마스크(M7)을 형성하고, 전기도금과 같은 방식으로 코일(22)을 형성한다. 이때, 코일 형성용 마스크(M7)는 상부 캡부(31)가 본딩될 부위인 기판(10)의 양측 상면 부위도 마스킹한다.

도 23에 나타낸 바와 같이, 코일 형성 마스크(M7)제거한다.

이어, 도 24 내지 27에 나타낸 바와 같이, 미러판(21) 형성을 위한 과정을 수행한다.

먼저 도 24와 같이 제1 미러판 형성 마스크(M8)을 코일(22) 상면에 형성한다. 이러한 제1 미러판 형성 마스크(M8)은 미러판(21)을 형성하기 위한 기판(10) 식각을 위해 기판(10) 상에 있는 도금 씨앗층(232)과 절연막(102)을 제거하기 위한 것이다. 이때, 제1 미러판 형성 마스크(M8)은 상부 캡부(31)가 본딩될 기판(10)의 양측 상면 부위 상의 도금 씨앗층(232)과 절연막(102)을 제거할 수 있도록 노출시킨다. 이후, 노출된 도금 씨앗층(232)과 절연막(102)을 제거한다. 이어, 도 25와 같이 제1 미러판 형성 마스크(M8)를 제거한다.

이어, 도 26와 같이 예를 들어 포토리소그래피를 이용하여 제2 미러판 형성 마스크(M9)를 코일(22) 위와 기판(10)의 양측 상면의 노출부위를 가리도록 형성한다.

도 27과 같이 DRIE와 같은 식각 방식을 이용하여 기판(10)을 식각함으로써 미러판(21)을 형성한다. 이후, 제2 미러판 형성 마스크(M9)를 제거한다.

기판과 상부 캡부의 본딩

도 28에 나타낸 바와 같이, 준비된 상부 캡부(31)를 기판(10)의 상면에 본딩한다. 상부 캡부(31)의 준비는 상술한 하부 캡부(32)의 준비와 유사하게 글라스판을 습식각하여 제2캐비티(C2)를 형성하는 것으로 구현될 수 있다. 본딩은 양극 접합과 같은 방식을 이용할 수 있고, 상술한 바와 같이 상부 캡부(31)는 기판(10)의 양측 상면 부위에 본딩된다. 상부 캡부(31)의 제2캐비티(C2)는 기판(10) 상면과의 사이에 밀폐된 상부공간(33)을 형성하게 된다. 상부공간(33)은 도면에서 알 수 있는 바와 같이 미러판(21)과 코일(22)을 내부에 수용하게 되며, 하부공간(34)과는 미러판(21)과 기판(10) 사이의 틈을 통해 소통되어 있다. 이러한 상하부 공간(31, 33)는 미러의 구동 영역을 형성하며 진공 상태가 유지된다.

다음에, 도 29에 나타낸 바와 같이, 자석(24)이 설치된 하우징(40)을 상하부 캡부(31, 32)에 결합시킨다.

이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

10: 기판 13: 비아홀
21: 미러판(21) 22: 코일
23: 비아 콘택 요소 24: 자석
25: 지지부 26: 접속패드
27: 미러 반사면부 31: 상부 캡부
32: 하부 캡부 33: 상부공간
34: 하부공간 40: 하우징
101: 패시베이션층 102: 절연막
231, 232: 도금 씨앗층 233: TSV
321: 접속홀

Claims

전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치로서:
중앙부위에 개방홀을 가지는 기판;
상기 개방홀에 배치되어 미러판을 포함하고, 전자기력에 의해 상기 미러판의 반사 각도의 조절이 가능하도록 설치되는 미러유닛;
상기 미러판의 상부에 상부공간을 제공하도록 상기 기판의 상면에 배치되는 상부 캡부; 및
상기 미러판의 하부에 하부공간을 제공하도록 상기 기판의 하면에 배치되는 하부 캡부를 포함하고,
상기 상부공간과 상기 하부공간은 진공 상태인 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 미러유닛은:
상기 미러판;
상기 미러판을 제1축과 상기 제1축과 교차하는 제2축 각각을 중심으로 회동가능하게 지지하는 지지부;
상기 지지부와 상기 미러판의 상에 배치되고 상기 기판 상면으로 연장된 코일; 및
상기 코일과 전자기력을 발생시키도록 배치되는 자석;을 포함하는 것인, 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 기판은 하나 이상의 비아홀을 포함하고,
상기 비아홀 내에 배치되어 상기 기판 상면의 코일과 연결되고 상기 기판의 하면으로 노출된 비아 콘택 요소가 배치되는 것인, 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치.
청구항 3에 있어서,
상기 비아 콘택 요소는 구리인, 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 하부 캡부는 상기 비아 콘택 요소를 상기 기판의 하부측으로 외부 노출시키는 접속홀을 구비하고,
상기 제2공간은 상기 접속홀을 배제하도록 형성된 것인, 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 상부 캡부와 상기 하부 캡부의 적어도 일부를 감싸는 하우징을 더 포함하는 것인, 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 자석은 상기 하우징에 설치되는 것인 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치.
전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법으로서:
(a) 하나 이상의 비아 콘택 요소가 하면측에 매립 형성된 기판과, 하나 이상의 접속홀과 제1캐비티를 구비하는 하부 캡부와, 제2캐비티를 구비하는 상부 캡부를 각각 준비하는 단계;
(b) 상기 기판의 하면에 상기 하부 캡부를 본딩하는 단계;
(c) 상기 비아 콘택 요소의 상면이 노출되도록 상기 기판의 상부 부분을 소정두께로 제거하는 단계;
(d) 상기 기판의 상면에 코일과 미러판을 형성하는 단계;
(e) 제2캐비티를 구비하는 상부 기판을 상기 기판 상면에 본딩하는 단계; 및
(f) 자석이 설치된 하우징을 결합하는 단계;를 포함하는 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 제1캐비티는 상기 기판의 하면에 밀폐된 하부공간을 형성하고,
상기 제2캐비티는 상기 기판의 상면에 밀폐된 상부공간을 형성하며,
상기 하부공간과 상기 상부공간은 상기 미러판과 상기 기판 사이의 틈으로 소통된 것인, 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 8에 있어서,
상기 하나 이상의 접속홀은 상기 하나 이상의 비아 콘택 요소를 상기 기판의 하부측으로 외부 노출시키는 것인, 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 8에 있어서, 상기 단계 (a)에서 상기 기판의 준비는:
(a1-1) 상기 기판의 하면에 상기 하나 이상의 비아홀을 소정깊이로 형성하는 단계;
(a1-2) 상기 하나 이상의 비아홀에 매립된 상기 비아 콘택 요소를 형성하는 단계; 및
(a1-3) 상기 기판의 하면으로 노출된 상기 비아 콘택 요소 상에 배치되는 접속패드와, 상기 기판의 하면의 소정위치에 미러 반사면부를 형성하는 단계;를 포함하는 것인 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 11에 있어서,
(a1-4) 상기 미러판을 지지하는 부위의 두께 조절을 위한 상기 기판 하면의 소정부위를 식각하는 단계를 더 포함하는 것인 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 11에 있어서,
상기 비아 콘택 요소는 구리로 형성하는 것인 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 11에 있어서, 상기 단계 (a1-2)는:
상기 하나 이상의 비아홀의 내면을 포함하는 상기 기판의 하면에 패시베이션층을 형성하는 과정;
상기 패시베이션층 상에 도금을 위한 씨앗층을 형성하는 과정;
상기 비아홀 부위를 제외한 상기 기판의 씨앗층 상에 도금 마스크층을 형성하는 과정; 및
상기 비아홀 내부에 구리를 도금하여 상기 비아 콘택 요소를 형성하는 과정;을 포함하는 것인 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 14에 있어서,
상기 도금 마스크층 및 상기 비아 콘택 요소의 일부를 제거하여 평탄화하는 과정을 더 수행하는 것인 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 14에 있어서, 상기 단계 (a1-3)은:
상기 기판의 하면에 있어서, 상기 비아 콘택 요소의 상부 부위와 상기 미러 반사면부 부위를 노출시키는 리프트오프 마스크를 형성하는 과정;
알루미늄층을 증착하는 과정; 및
상기 리프트오프 마스크를 제거하여 상기 접속패드와 상기 미러 반사면부를 형성하는 과정;을 포함하는 것인 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 8에 있어서, 상기 단계 (a)의 하부 캡부를 준비는:
(a2-1) 하부 글라스판의 상면으로부터 상기 제1캐비티를 형성하는 단계; 및
(a2-2) 상기 하부 글라스판 하면으로부터 상기 하나 이상의 접속홀을 형성하는 단계;를 포함하는 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 17에 있어서,
상기 단계 (a2-2)는 상기 하나 이상의 접속홀이 형성될 부위를 노출시키는 블라스팅 마스크를 형성하고 샌드 블라스팅으로 형성하는 것인 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 8에 있어서, 상기 단계 (d)에서 상기 코일의 형성은:
(d-1) 상기 기판의 상면에 상기 비아 콘택 요소의 상면을 노출시키는 절연막을 형성하는 단계;
(d-2) 상기 비아 콘택 요소 상에 구리로 TSV(through-silicon-via)를 형성하는 단계;
(d-3) 상기 절연막 상에 코일 형성 마스크를 형성하는 단계;
(d-4) 상기 도금 공정을 이용하여 상기 코일을 형성하는 단계; 및
(d-5) 상기 코일 형성 마스크를 제거하는 단계;를 포함하는 것인 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 19에 있어서,
상기 단계 (d-3) 전에 상기 절연막과 상기 TSV 상에 코일을 위한 도금 씨앗층을 형성하는 과정을 더 수행하는 것인 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 19에 있어서, 상기 단계 (d)에서 상기 미러판의 형성은:
(d-6) 상기 코일 상에 제1 미러판 형성 마스크를 형성하는 단계;
(d-7) 노출된 상기 코일을 위한 도금 씨앗층과 절연막을 제거하는 단계;
(d-8) 상기 제1 미러판 형성 마스크를 제거하고 제2 미러판 형성 마스크를 형성하는 단계;
(d-9) 상기 기판을 관통하도록 식각하여 상기 미러판을 형성하는 단계; 및
(d-10) 상기 제2 미러판 형성 마스크를 제거하는 단계;를 포함하는 것인 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.
청구항 21에 있어서,
상기 단계 (d-7)에서, 상기 상부 캡부가 본딩되는 부위의 도금 씨앗층과 절연막을 함께 제거하여 해당 부위의 기판을 노출시키는 것인 전자기력 구동 스캐닝 마이크로 미러 장치의 제조방법.