WO2022225104A1 - 이중 soi를 이용한 광 스캐너 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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WO2022225104A1
WO2022225104A1 PCT/KR2021/010934 KR2021010934W WO2022225104A1 WO 2022225104 A1 WO2022225104 A1 WO 2022225104A1 KR 2021010934 W KR2021010934 W KR 2021010934W WO 2022225104 A1 WO2022225104 A1 WO 2022225104A1
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comb
electrodes
comb electrode
electrode
mirror
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PCT/KR2021/010934
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English (en)
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김환선
김희민
김세민
김윤구
김경수
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탈렌티스 주식회사
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
    • B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
    • G02B26/10—Scanning systems

Definitions

  • the present invention relates to an optical scanner and a method of manufacturing the same, and more particularly, it is manufactured through a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) process to form a height difference between a fixed electrode and a driving electrode by itself, and It relates to an optical scanner using a double SOI (silicon on insulator) having a self-angle adjustment function and a method for manufacturing the same.
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • SOI silicon on insulator
  • MEMS Micro Electro Mechanical Systems
  • a display field that implements an image by scanning light incident from a light source into a predetermined screen area, or a scanning field that scans light for a predetermined screen area and receives reflected light to read image information
  • the Optical scanners are attracting attention.
  • An optical scanner is also called a MEMS mirror.
  • Such an optical scanner generally refers to a single chip configuration of a mirror for reflecting light, a support shaft for supporting the mirror, and an electrostatic driver for swinging the mirror using MEMS process technology.
  • driving electrodes are formed in a direction parallel to the plane of a stage or moving structure, which is a moving body, fixed electrodes corresponding to the driving electrodes are alternately disposed with the driving electrodes, and parallel to the plane direction of the stage like the driving electrodes. structure is formed.
  • the electrostatic actuator has a difference in height or inclination between the driving electrode and the fixed electrode in order to rotate by electrostatic force. For this reason, the electrostatic driver requires an additional process for generating a difference in height or inclination after the driving electrode and the fixed electrode are manufactured to have the same height.
  • the device unit includes a mirror, a support shaft to which the lever is connected, and an electrostatic actuator.
  • the cover part is coupled to the device part, the pillar presses the lever from above, so that the support shaft connected to the lever rotates by a predetermined angle.
  • the driving electrode of the electrostatic driver is inclined at a predetermined angle with respect to the fixed electrode.
  • Such an optical scanner has a structure in which a cover is coupled to an upper portion of a device including an electrostatic actuator, a manufacturing process is complicated and it is not suitable for automation and mass production due to difficulties in precisely aligning.
  • the optical scanner is configured such that the driving electrode and the fixed electrode are misaligned with each other in a shift method in which a shift unit (lift unit) lifts up from the bottom of the device unit.
  • a shift unit lift unit
  • both the pressing method and the shift method as described above apply a physical force to the driving electrode or the fixed electrode, a problem of cracking or damage may occur due to physical stress acting on the part of the electrostatic actuator to which the physical force is applied. have.
  • the optical scanner may require fine adjustment of the mirror angle depending on the usage environment.
  • VOA is a case of compensating and adjusting the damping characteristics. That is, the variable optical attenuator is a key component used to control the output of an optical signal in a WDM (Wavelength Division Multiplexing) optical transmission system composed of an optical amplifier and OADM (Optical Add/Drop Multiplexer).
  • WDM Widelength Division Multiplexing
  • OADM Optical Add/Drop Multiplexer
  • variable light attenuator using the optical scanner has difficulty in securing the desired attenuation after final assembly due to the MEMS process error and the assembly error with the collimator. That is, since the number of driving electrodes and fixed electrodes is determined in the manufacturing stage of the optical scanner, it is impossible to fine-tune the mirror angle in the manufactured optical scanner.
  • U.S. Patent No. 07450812 (registered on November 11, 2018) discloses a system and method for adjusting the attenuation amount using an external controller.
  • the variable light attenuator disclosed in US Patent No. 07450812 requires an external controller to compensate and adjust the attenuation characteristics, and for this purpose, additional parts are required.
  • SOI silicon on insulator
  • Another object of the present invention is to provide an optical scanner using a double silicon on insulator (SOI) capable of compensating and adjusting attenuation characteristics without adding an external controller, and a method for manufacturing the same.
  • SOI silicon on insulator
  • Another object of the present invention is to provide an optical scanner using a double SOI (silicon on insulator) capable of improving the manufacturing yield by adjusting the angle of the mirror in the alignment step of the module, and a manufacturing method thereof.
  • SOI silicon on insulator
  • the present invention is formed of a silicon-based semiconductor material, the first comb electrode layer having a plurality of first comb electrodes arranged along the outer surface of at least one side; and a second comb electrode layer formed of a silicon-based semiconductor material, stacked on the first comb electrode layer, and having a plurality of second comb electrodes alternately formed on the plurality of first comb electrodes
  • An electrostatic actuator for an optical scanner is provided.
  • An electrostatic driver for an optical scanner comprises: a lower silicon substrate; and a first insulating layer made of a silicon oxide material interposed between the lower silicon substrate and the first comb electrode layer.
  • the first comb electrode layer may further include a dummy comb electrode formed to alternate with the plurality of first comb electrodes and having the second comb electrode disposed thereon.
  • the electrostatic driver for an optical scanner is made of a silicon oxide material having a spacer interposed between the first comb electrode layer and the second comb electrode layer, and interposed between the dummy comb electrode and the second comb electrode.
  • 2 Insulation layer further includes.
  • stacked dummy comb electrodes/spacers/second comb electrodes and the first comb electrodes are alternately arranged.
  • the first comb electrode formed under the second comb electrode through the spacer is a dummy comb electrode and is separated from the other first comb electrodes positioned adjacent to the second comb electrode.
  • An opening is formed in a central portion of the lower silicon substrate, and the plurality of first comb electrodes and the plurality of second comb electrodes are exposed in the opening.
  • the first and second comb electrode layers further include first and second comb electrode plates respectively supported by the lower silicon substrate and to which the plurality of first and second comb electrodes are respectively connected.
  • a portion of the first insulating layer may be present or removed under the plurality of first comb electrodes.
  • One of the first and second comb electrodes is a fixed electrode and the other is a driving electrode.
  • the comb electrode layer including the driving electrode among the first and second comb electrode layers may further include a mirror mounting plate connected to the driving electrode.
  • the present invention also provides a mirror for reflecting light; and the electrostatic driver for swinging the mirror.
  • the electrostatic driver may include: a first comb electrode layer formed of a first silicon-based semiconductor material and having a plurality of first comb electrodes arranged along an outer surface of at least one side; and a second comb electrode layer formed of a second silicon-based semiconductor material, stacked on the first comb electrode layer, and having a plurality of second comb electrodes alternately formed on the plurality of first comb electrodes.
  • one of the first and second comb electrodes is a fixed electrode and the other is a driving electrode, and the mirror is connected to the driving electrode.
  • the present invention also comprises the steps of forming a first insulating layer of a silicon oxide material on the lower silicon substrate; forming an intermediate silicon substrate on the first insulating layer; forming a second insulating layer made of a silicon oxide material on the intermediate silicon substrate; forming an upper silicon substrate on the second insulating layer; forming a second comb electrode layer including a plurality of second comb electrodes by patterning the upper silicon substrate; patterning the second insulating layer under the second comb electrode layer to correspond to the second comb electrode layer; A first comb electrode layer comprising a mirror mounting plate and a plurality of first comb electrodes connected to the mirror mounting plate and alternating with the plurality of second comb electrodes by patterning the intermediate silicon substrate under the second comb electrode layer; forming; depositing a mirror on the mirror mounting plate; and forming an opening in a central portion of the lower silicon substrate to expose the mirror, the plurality of first comb electrodes, and the plurality of second comb electrodes to the lower portion of the lower silicon substrate.
  • a first insulating layer of silicon oxide material on the lower silicon substrate forming an intermediate silicon substrate on the first insulating layer; forming a second insulating layer made of a silicon oxide material on the intermediate silicon substrate; forming an upper silicon substrate on the second insulating layer; forming a second comb electrode layer including a mirror mounting plate and a plurality of second comb electrodes connected to the mirror mounting plate by patterning the upper silicon substrate; patterning the second insulating layer under the second comb electrode layer to correspond to the second comb electrode layer; forming a first comb electrode layer having a plurality of first comb electrodes alternately on the plurality of second comb electrodes by patterning the intermediate silicon substrate under the second comb electrode layer; forming a mirror on the mirror mounting plate; and forming an opening in a central portion of the lower silicon substrate to expose the mirror, the plurality of first comb electrodes, and the plurality of second comb electrodes to the lower portion of the lower silicon substrate.
  • a driving electrode layer and a fixed electrode layer are stacked and formed by a MEMS process using a silicon substrate having a double SOI structure, and then the driving electrode and the fixed electrode are alternately formed up and down through patterning of the driving electrode layer and the fixed electrode layer.
  • the optical scanner according to the present invention alternately forms the driving electrode and the fixed electrode through a patterning process without the action of a physical force, misalignment between the driving electrode and the fixed electrode can be minimized. For this reason, according to the manufacturing method of the optical scanner according to the present invention, it is possible to improve the yield.
  • the optical scanner according to the present invention does not require a pressing member for pressing the driving electrode or the fixed electrode, the optical scanner can be manufactured compactly while simplifying the structure of the optical scanner.
  • the optical scanner according to the present invention includes a main electrode and a sub-electrode in the fixed electrode layer, so that the attenuation characteristic can be compensated and adjusted without adding an external controller by adjusting the number of sub-electrodes to which a driving voltage is applied. That is, by applying a driving voltage to the main electrode, the angle of light reflected according to the rotation of the mirror is measured. The number of sub-electrodes to be connected is determined according to the measured light angle and a preset attenuation amount.
  • the power terminal for applying the driving voltage to the determined number of sub-electrodes is electrically connected by wire-bonding, thereby considering the attenuation characteristics of the optical scanner under the same driving voltage.
  • the angle can be adjusted.
  • FIG. 1 is a plan view of an optical scanner using a dual SOI according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1 .
  • 3 to 8 are cross-sectional views illustrating respective steps in the manufacturing method of the optical scanner using the dual SOI according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an optical scanner using a dual SOI according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a plan view of an optical scanner using a dual SOI according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1 .
  • the optical scanner 100 is a MEMS mirror manufactured through a MEMS process, and includes a mirror 10 that reflects light and the mirror 10 is oscillated. It includes an electrostatic actuator (20).
  • the electrostatic driver 20 includes a first comb electrode layer 50 and a second comb electrode layer 70 .
  • the first comb electrode layer 50 is formed of a silicon-based semiconductor material, and includes a plurality of first comb electrodes 53 arranged along at least one outer surface.
  • the second comb electrode layer 70 is formed of a silicon-based semiconductor material, is stacked on the first comb electrode layer 50 , and a plurality of second combs alternately formed on the plurality of first comb electrodes 53 .
  • An electrode 73 is provided.
  • one of the first and second comb electrodes 53 and 73 is a fixed electrode and the other is a driving electrode.
  • the mirror 10 is connected to the driving electrode.
  • the electrostatic driver 20 includes a lower silicon substrate 30 , a first insulating layer 40 , a second insulating layer 60 , a first electrode pad 59 , and a second electrode pad 79 . may further include.
  • the electrostatic driver 20 according to the first embodiment is manufactured using a double SOI substrate (80 in FIG. 4 ).
  • the double SOI substrate is a multilayer silicon substrate including two insulating layers 40 and 60 made of a silicon oxide material. That is, the double SOI substrate has a structure in which a first insulating layer 40 , an intermediate silicon substrate, a second insulating layer 60 , and an upper silicon substrate are sequentially stacked on the lower silicon substrate 30 .
  • the lower silicon substrate 30 on which the first insulating layer 40 is formed on the upper surface supports the first and second comb electrode layers 50 and 70 , and the first and second comb electrode layers 50 and 70 are formed on the lower silicon substrate 30 . It is a possible base board.
  • the lower silicon substrate 30 is formed to be thicker than the first and second comb electrode layers 50 and 70 so as to stably support the first and second comb electrode layers 50 and 70 .
  • the lower silicon substrate 30 has an opening 31 formed in the center thereof.
  • the mirror 10 , the plurality of first comb electrodes 53 , and the plurality of second comb electrodes 73 are exposed through the opening 31 .
  • the mirror 10 and the driving electrode connected to the mirror 10 are oscillated through the opening 31 .
  • the first insulating layer 40 is formed on the lower silicon substrate 30 so that an open portion is formed to correspond to the open portion 31 of the lower silicon substrate 30 .
  • the first insulating layer 40 prevents the material forming the first comb electrode layer 50 formed thereon from being diffused into the lower silicon substrate 30 .
  • the first insulating layer 40 is formed of silicon oxide having insulating properties.
  • the first insulating layer 40 may be formed by growing by MOCVD (organic metal vapor deposition), MBE (molecular beam growth), HVPE (hybrid vapor deposition), or the like.
  • the first comb electrode layer 50 is formed by patterning the intermediate silicon substrate formed on the first insulating layer 40 .
  • the intermediate silicon substrate is formed of a silicon-based semiconductor material.
  • the second comb electrode layer 70 is formed by patterning the upper silicon substrate formed on the first comb electrode layer 50 .
  • the upper silicon substrate is formed of a silicon-based semiconductor material.
  • the first and second comb electrode layers 50 and 70 are supported by the lower silicon substrate 30 , and first and second comb electrode plates to which the plurality of first and second comb electrodes 53 and 73 are respectively connected. (55,75).
  • the first and second comb electrode plates 55 and 75 formed on the lower silicon substrate 30 are physically separated.
  • the first and second comb electrode layers 50 and 70 may have the same or similar thickness.
  • the first comb electrode 53 is a driving electrode and the second comb electrode 73 is used as a fixed electrode is disclosed.
  • the first comb electrode layer 50 is a driving electrode layer
  • the first comb electrode plate 55 is a driving electrode plate.
  • the second comb electrode layer 70 is a fixed electrode layer
  • the second comb electrode plate 75 is a fixed electrode plate.
  • the first comb electrode layer 50 includes a mirror mounting plate 57 connected to the first comb electrode 53 .
  • a mirror 10 is formed on the mirror mounting plate 57 .
  • the mirror 10 may be formed by depositing a metal material having good light reflectivity.
  • Gold (Au) may be used as a material of the mirror 10 .
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • the first comb electrode layer 50 includes support shafts 58 protruding from both sides with respect to the mirror mounting plate 57 and connected to the first comb electrode plate 55 .
  • a plurality of first comb electrodes 53 are arranged on both sides of the support shaft 58 as a center.
  • the support shaft 58 guides rotation (tilting) of the mirror 10 in a predetermined angular range by a driving voltage applied to the fixed electrode layer. When the application of the driving voltage to the fixed electrode layer is blocked, the support shaft 58 reversely rotates the mirror 10 by the elastic force accumulated by the rotation to return it to its original position.
  • a first electrode pad 59 is formed at the other end of the support shaft 58 opposite to one end to which the mirror 10 is connected.
  • first and second comb electrodes 53 and 73 are alternately formed on both sides of the mirror mounting plate 57 in the center
  • the present invention is not limited thereto.
  • a plurality of first comb electrodes 53 may be formed on the outer surface of the mirror mounting plate 57
  • a plurality of second comb electrodes 73 may be alternately formed on the plurality of first comb electrodes 53 . .
  • the second comb electrode layer 70 includes a plurality of second comb electrodes 73 and a second comb electrode plate 75 to which the plurality of second comb electrodes 73 are connected.
  • the second comb electrode 73 used as a fixed electrode is electrically separated into two or more groups.
  • the second comb electrode 73 may be divided into main electrodes 73a positioned near the mirror 10 and at least one sub-electrode 73b disposed outside the main electrodes 73a.
  • the second comb electrode plate 75 includes a plurality of main electrode plates 75a to which the main electrodes 73a are connected, and a plurality of main electrode plates 75a to which the sub electrodes 73b are connected. A plurality of sub-electrode plates 75b are included. The sub electrode plate 75b is disposed adjacent to the main electrode plate 75a and is electrically separated from the main electrode plate 75a.
  • Sub-electrodes 73b may be disposed on both sides of the plurality of main electrodes 73a as a center. The same number of sub-electrodes 73b may be disposed on both sides of the main electrode 73a. In the same manner as in the arrangement of the main electrode 73a and the sub-electrode 73b, the sub-electrode plate 75b may be disposed on both sides of the main electrode plate 75a as the center.
  • the number of the sub-electrodes 73b is smaller than the number of the plurality of main electrodes 73a. That is, the main electrode 73a occupying a majority of the second comb electrodes 73 determines the main rotation angle of the mirror 10 .
  • the main rotation angle is finely adjusted under the same driving voltage application by adjusting the number of sub-electrodes 73b to which the driving voltage is applied.
  • the number of sub-electrodes 73b to which the driving voltage is applied among the plurality of sub-electrodes 73b is proportional to the size of the angle of the mirror 10 to be adjusted.
  • the number of sub-electrodes 73b to which the driving voltage is applied also increases.
  • the number of sub-electrodes 73b also increases.
  • the attenuation characteristic can be compensated and adjusted without adding an external controller by adjusting the number of the sub-electrodes 73b to which the driving voltage is applied. That is, a driving voltage is applied to the main electrode 73a to measure the angle of light reflected according to the rotation of the mirror 10 .
  • the number of sub-electrodes 73b to be connected is determined according to the measured light angle and a preset attenuation amount.
  • the power terminal for applying the driving voltage to the determined number of sub-electrodes 73b is electrically connected by wire bonding, thereby making the optical scanner 100 under the same driving voltage.
  • the angle of the mirror 10 may be adjusted in consideration of the attenuation characteristics.
  • the angular deviation of the mirror 10 is minimized to improve the performance of the module. can be optimized, and the manufacturing yield of the optical scanner 100 can be improved.
  • the second comb electrode 73 used as a fixed electrode is divided into two or more groups, but the attenuation characteristic of the optical scanner In case there is no need to consider it, it can be manufactured in a structure connected to each other.
  • the first comb electrode layer 50 is formed to alternate with the plurality of first comb electrodes 53 , and includes a plurality of dummy comb electrodes 54 on which the second comb electrodes 73 are formed.
  • the plurality of dummy comb electrodes 54 are formed on the same plane together with the plurality of first comb electrodes 53 and are separated from the support shaft 58 .
  • the second insulating layer 60 is formed of silicon oxide, interposed between the first comb electrode layer 50 and the second comb electrode layer 70 , and between the dummy comb electrode 54 and the second comb electrode 73 . Interposed spacers 61 are provided. When the first and second comb electrodes 53 and 73 are alternately formed, the dummy comb electrode 54 is positioned under the second comb electrode 73 .
  • the plurality of first and second comb electrodes 53 and 73 are formed through the second insulating layer 60 , the plurality of first and second comb electrodes 53 and 73 are alternately formed vertically. .
  • a plurality of first comb electrodes 53 are arranged in a line.
  • a plurality of second comb electrodes 73 are formed on the plurality of first comb electrodes 53 , and are alternately formed with the plurality of first comb electrodes 53 .
  • the plurality of second comb electrodes 73 are formed to alternate with the plurality of first comb electrodes 53 so that the plurality of second comb electrodes 73 may be alternately arranged with the plurality of first comb electrodes 53 .
  • the spacer 61 is formed on the dummy comb electrode 54 to be used as a medium. That is, the dummy comb electrode 54/spacer 61/the second comb electrode 73 and the first comb electrode 53 are alternately arranged.
  • the dummy comb electrode 54 positioned below the second comb electrode 73 through the spacer 61 is separated from the support shaft 58 . That is, the dummy comb electrode 54 positioned below the second comb electrode 73 through the spacer 61 is formed together with the first comb electrode 53 , but does not function as the first comb electrode 53 . does not The dummy comb electrode 54 is used as an element for forming a step difference between the second comb electrode 73 and the first comb electrode 53 .
  • first and second electrode pads 59 and 79 supply driving voltages having opposite polarities to the first comb electrode 53 and the second comb electrode 73 , respectively.
  • the first electrode pad 59 may be formed on the first comb electrode plate 55 .
  • the second electrode pad 79 may be formed on the second comb electrode plate 75 .
  • the first and second electrode pads 59 and 79 may be formed together when the mirror 10 is deposited.
  • the plurality of second comb electrodes 73 by adjusting the intensity of the driving voltage applied to the first comb electrode 53 and the second comb electrode 73 through the first and second electrode pads 59 and 79, the plurality of second comb electrodes 73 ) by adjusting the amount of rotation of the plurality of first comb electrodes 53 to adjust the rotation angle of the mirror 10 .
  • FIGS. 3 to 8 are cross-sectional views showing respective steps according to the manufacturing method of the optical scanner 100 using the dual SOI according to the first embodiment of the present invention.
  • a double SOI substrate 80 is manufactured or prepared. That is, the first insulating layer 40 , the intermediate silicon substrate 51 , the second insulating layer 60 , and the upper silicon substrate 71 are sequentially formed on the lower silicon substrate 30 . Alternatively, the manufactured double SOI substrate 80 may be prepared.
  • a first insulating layer 40 of silicon oxide is formed on the lower silicon substrate 30 .
  • the first insulating layer 40 may be formed by growing by MOCVD, MBE, HVPE, or the like.
  • the intermediate silicon substrate 51 , the second insulating layer 60 , and the upper silicon substrate 71 are sequentially stacked on the first insulating layer 40 to form the first insulating layer 40 .
  • the intermediate silicon substrate 51 , the second insulating layer 60 , and the upper silicon substrate 71 may also be grown and formed by MOCVD, MBE, HVPE, or the like.
  • an SOI substrate including a lower silicon substrate 30 , a first insulating layer 40 , and an intermediate silicon substrate 51 , and an upper silicon substrate 71 having a second insulating layer 60 formed on one surface thereof are respectively manufactured.
  • the double SOI substrate 80 may be manufactured by stacking the second insulating layer 60 of the upper silicon substrate 71 in contact with the intermediate silicon substrate 51 of the SOI substrate and then thermocompression bonding.
  • a second comb electrode layer 70 and a first comb electrode layer 50 are sequentially formed by a MEMS process based on the double SOI substrate 80 .
  • the upper silicon substrate 71 is patterned to form a second comb electrode layer 70 .
  • the second comb electrode layer 70 includes a plurality of second comb electrodes 73 and a second comb electrode plate 75 to which the plurality of second comb electrodes 73 are connected.
  • the second insulating layer 60 is patterned to correspond to the second comb electrode layer 70 and is positioned under the second comb electrode layer 70 .
  • the patterning of the upper silicon substrate 71 and the second insulating layer 60 may be performed together, and after the patterning of the upper silicon substrate 71 is performed, the patterning of the second insulating layer 60 is performed. can be performed.
  • the first comb electrode layer 50 is formed by patterning the intermediate silicon substrate 51 and the first insulating layer 40 under the second comb electrode layer 70 .
  • the first comb electrode layer 50 includes a mirror mounting plate 57 and a plurality of first comb electrodes 53 connected to the mirror mounting plate 57 and alternating with a plurality of second comb electrodes 73 . It includes a first comb electrode layer 50 and a first comb electrode plate 55 .
  • the first comb electrode layer 50 further includes a plurality of dummy comb electrodes 54 respectively formed under the plurality of second comb electrodes 73 .
  • the plurality of dummy comb electrodes 54 are formed together with the plurality of first comb electrodes 53 , and the plurality of dummy comb electrodes 54 and the plurality of first comb electrodes 53 are alternately formed on the same plane. .
  • the first insulating layer 40 is patterned to correspond to the first comb electrode layer 50 and is positioned under the first comb electrode layer 50 .
  • the mirror 10 is deposited on the mirror mounting plate 57 to form it.
  • the first and second electrode pads 59 and 79 may be deposited together on the first and second comb electrode layers 50 and 70 .
  • the mirror 10 and the first and second electrode pads 59 and 79 may be formed by depositing a metal of the same material.
  • the optical scanner 100 according to the first embodiment can be obtained. have.
  • the mirror 10 , the plurality of first comb electrodes 53 , and the plurality of second comb electrodes 73 are exposed through the opening 31 .
  • the driving electrode layer (the first comb electrode layer 50) and the fixed electrode layer (the second comb electrode layer 70) are laminated by a MEMS process using the double SOI substrate 80.
  • the optical scanner 100 After forming the optical scanner 100 by alternately forming the driving electrode (first comb electrode 53) and the fixed electrode (second comb electrode 73) up and down through patterning of the driving electrode layer and the fixed electrode layer.
  • the optical scanner 100 it is possible to exclude applying a physical force to form the driving electrode and the fixed electrode to have a height difference from each other. For this reason, the optical scanner 100 according to the first embodiment can prevent cracks or damage caused by physical stress caused by a physical force.
  • the optical scanner 100 according to the first embodiment alternately forms the driving electrode and the fixed electrode through a patterning process without the action of a physical force, it is possible to minimize the occurrence of misalignment between the driving electrode and the fixed electrode. . For this reason, according to the manufacturing method of the optical scanner 100 according to the first embodiment, the yield can be improved.
  • the optical scanner 100 since the optical scanner 100 according to the first embodiment does not require a pressing member for pressing the driving electrode or the fixed electrode, the optical scanner 100 can be manufactured compactly while simplifying the structure.
  • the first comb electrode 53 is a driving electrode and the second comb electrode 73 is a fixed electrode is disclosed, but is not limited thereto.
  • the first comb electrode 53 may be a fixed electrode
  • the second comb electrode 73 may be formed as a driving electrode.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of an optical scanner using a dual SOI according to a second embodiment of the present invention.
  • the optical scanner 200 includes a mirror 10 and an electrostatic driver 120 for swinging the mirror 10 .
  • the electrostatic driver 120 includes a first comb electrode layer 50 and a second comb electrode layer 70 .
  • the first comb electrode layer 50 is formed of a silicon-based semiconductor material, and includes a plurality of first comb electrodes 53 arranged along at least one outer surface.
  • the second comb electrode layer 70 is formed of a silicon-based semiconductor material, is stacked on the first comb electrode layer 50 , and a plurality of second combs alternately formed on the plurality of first comb electrodes 53 .
  • An electrode 73 is provided.
  • the first comb electrode 53 is a fixed electrode
  • the second comb electrode 73 is a driving electrode.
  • the mirror 10 is connected to the second comb electrode 73 .
  • the first comb electrode layer 50 is a fixed electrode layer
  • the first comb electrode plate 55 is a fixed electrode plate
  • the second comb electrode layer 70 is a driving electrode layer
  • the second comb electrode plate 75 is a driving electrode plate.
  • the second comb electrode layer 70 includes a mirror mounting plate 77 .
  • the portion of the first comb electrode layer 50 used as the mirror mounting plate in the first embodiment is the dummy mirror mounting plate 57a.
  • the dummy mirror mounting plate 57a is separated from the first comb electrode 53 .
  • the manufacturing method of the optical scanner 200 according to the second embodiment may be performed in the same order as the manufacturing method of the optical scanner 100 according to the first embodiment.
  • the mirror mounting plate since the mirror mounting plate must be formed on the first comb electrode layer 50, the upper silicon substrate portion of the portion where the mirror mounting plate is to be formed is removed.
  • the upper silicon substrate is patterned to form a second comb electrode layer 70 including a mirror mounting plate 77 and a plurality of second comb electrodes 73 connected to the mirror mounting plate 77 .
  • the driving electrode layer (second comb electrode layer 70 )) and the fixed electrode layer (first comb electrode layer 50) are laminated and formed, and then the driving electrode (second comb electrode 73) and the fixed electrode (first comb electrode) are formed by patterning the driving electrode layer and the fixed electrode layer up and down.
  • the electrodes 53 it is possible to exclude applying a physical force to form the driving electrode and the fixed electrode having a height difference from each other during the manufacturing process of the optical scanner 200 . For this reason, the optical scanner 100 according to the second embodiment can prevent cracks or damage caused by physical stress due to physical force.
  • the optical scanner 200 according to the second embodiment alternately forms the driving electrode and the fixed electrode through a patterning process without the action of a physical force, it is possible to minimize the occurrence of misalignment between the driving electrode and the fixed electrode. . For this reason, according to the manufacturing method of the optical scanner 200 according to the second embodiment, the yield can be improved.
  • the optical scanner 200 according to the second embodiment does not require a pressing member for pressing the driving electrode or the fixed electrode, the optical scanner 200 can be manufactured compactly while simplifying the structure.
  • first comb electrode layer 51 intermediate silicon substrate 53: first comb electrode
  • 57a dummy mirror mounting plate 58: support shaft 59: first electrode pad

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Abstract

본 발명은 외부의 물리적인 힘의 작용 없이 자체적으로 고정 전극과 구동 전극 간에 높이 차이를 형성하는 이중 SOI(silicon on insulator)를 이용한 광 스캐너 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 실리콘계 반도체 소재로 형성되며 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열된 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층과, 실리콘계 반도체 소재로 형성되며 제1 콤 전극층의 상부에 적층되며 복수의 제1 콤 전극의 상부에 교번되게 형성되는 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층을 포함한다.

Description

이중 SOI를 이용한 광 스캐너 및 그의 제조 방법
본 발명은 광 스캐너(optical scanner) 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 멤스(MEMS; Micro Electro Mechanical Systems) 공정을 통해 제조되어 자체적으로 고정 전극과 구동 전극 간에 높이 차이를 형성하고 미러의 자체 각도 조절 기능을 갖는 이중 SOI(silicon on insulator)를 이용한 광 스캐너 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 디스플레이, 프린팅 장치, 정밀 측정, 정밀 가공 등 다양한 기술 분야에서 반도체 공정기술에 의해 제조되는 멤스(MEMS; Micro Electro Mechanical Systems) 디바이스에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 광원으로부터 입사된 광을 소정의 화면영역에 대해 주사하여 영상을 구현하는 디스플레이 분야 또는 소정의 화면영역에 대해 광을 주사하고 반사된 광을 수광하여 화상 정보를 읽어들이는 스캐닝 분야에서는 미소 구조의 광 스캐너(optical scanner)가 주목받고 있다. 광 스캐너는 멤스 미러(MEMS mirror)로 불리기도 한다.
이러한 광 스캐너는 일반적으로 멤스 공정 기술을 이용하여 광을 반사시키는 미러와, 미러를 지지하는 지지축 및 미러를 요동시키기 위한 정전 구동기를 단일의 칩 형태로 구성한 것을 지칭한다.
정전 구동기는 운동체인 스테이지 또는 이동구조물의 평면에 대해 나란한 방향으로 구동 전극이 형성되고, 구동 전극에 대응하는 고정 전극이 구동 전극과 교번적으로 배치되고, 구동 전극과 같이 스테이지의 평면 방향에 나란하게 형성되는 구조를 갖는다.
정전 구동기는 정전기력에 의해 회전운동을 하기 위해서는 구동 전극과 고정 전극 사이에 높이 또는 기울기 차이를 갖는다. 이로 인해 정전 구동기는 구동 전극과 고정 전극의 높이를 같게 제작한 후 높이 또는 기울기 차이를 발생시키기 위한 추가 공정이 필요하다.
등록특허공보 제10-1090961호에 개시된 광 스캐너에 따르면, 필러를 포함하는 덮개부로 아래에 위치하는 장치부를 위에서 눌러 장치부에 포함된 구동 전극을 고정 전극에 대해서 소정 각도로 기울어지게 하는 구성을 개시하고 있다. 여기서 장치부는 미러, 레버가 연결된 지지축 및 정전 구동기를 포함한다. 덮개부는 장치부에 결합할 때 필러가 레버를 위에서 누름으로써, 레버와 연결되어 있는 지지축이 소정 각도 회전하게 된다. 이로 인해 정전 구동기의 구동 전극이 고정 전극에 대해 소정 각도로 기울어지게 된다.
이와 같은 광 스캐너는 정전 구동기를 포함하는 장치부의 상부에 덮개부가 결합된 구조를 갖기 때문에, 제조 공정이 복잡하며 정교하게 정렬을 해야 하는 어려움으로 인해 자동화 및 대량생산에 적합하지 못하다.
또는 등록특허 제10-2032287호, 등록특허 제10-21083434호에 개시된 바와 같이, 광 스캐너는 쉬프트부(리프트부)가 장치부의 하부에서 위로 올려주는 쉬프트 방식으로 구동 전극과 고정 전극이 서로 어긋나게 구성하여 정전 구동력을 발생시킬 수 있다.
전술된 바와 같은 누르는 방식과 쉬프트 방식 모두 구동 전극 또는 고정 전극에 물리적인 힘을 작용하기 때문에, 물리적인 힘이 작용하는 정전 구동기 부분에 물리적인 스트레스가 작용하여 크랙이 발생하거나 파손되는 문제가 발생할 수 있다.
그리고 물리적인 힘으로 구동 전극과 고정 전극을 어긋나게 하는 과정에서, 구동 전극과 고정 전극 간의 정렬이 틀어지는 문제가 발생할 수 있다.
광 스캐너는 사용 환경에 따라서 미러의 미세 각도 조절이 필요한 경우가 있다. 예컨대 VOA는 감쇄 특성을 보상 및 조절하는 경우이다. 즉 가변광감쇠기는 광증폭기, OADM(Optical Add/Drop Multiplexer) 등으로 이루어진 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 광전송 시스템에서 광신호의 출력 조절을 위해 사용되는 핵심부품이다. 광 스캐너를 이용한 가변광감쇠기는 빠른 반응 시간과 높은 성능을 제공하며, 대량생산이 가능하여 제품 수율 및 가격 부분에서 많은 장점을 가지고 있다.
하지만 광 스캐너를 이용한 가변광감쇠기는 MEMS 공정 오차와 콜리메이터와의 조립 오차 등으로 인해 최종 조립후 원하는 감쇠량 확보에 어려움이 있다. 즉 광 스캐너는 제조 단계에서 구동 전극 및 고정 전극의 개수가 결정되기 때문에, 제조된 광 스캐너 차원에서 미러의 미세 각도 조정은 불가능하다.
이를 해결하기 위해 조립 단계에서 전술한 오차를 줄일 수 있는 방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 예컨대 미국등록특허 제07450812호(2018.11.11. 등록)에는 외부 제어기(controller)를 이용하여 감쇠량을 조절하는 시스템 및 그 방법을 개시하고 있다. 하지만 미국등록특허 제07450812호에 개시된 가변광감쇠기는 감쇠 특성을 보상 및 조절하기 위해서 외부 제어기가 필요하며, 이를 위해 추가 부품이 소요되는 단점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 외부의 물리적인 힘의 작용 없이 자체적으로 고정 전극과 구동 전극 간에 높이 차이를 형성하는 이중 SOI(silicon on insulator)를 이용한 광 스캐너 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 외부 제어기의 추가 없이 감쇠 특성을 보상 및 조절할 수 있는 이중 SOI(silicon on insulator)를 이용한 광 스캐너 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 미러의 자체 각도 조절을 모듈의 정렬 단계에서 수행하여 제조 수율을 향상시킬 수 있는 이중 SOI(silicon on insulator)를 이용한 광 스캐너 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열된 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층; 및 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 상기 제1 콤 전극층의 상부에 적층되며, 상기 복수의 제1 콤 전극의 상부에 교번되게 형성되는 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층;을 포함하는 광 스캐너용 정전 구동기를 제공한다.
본 발명에 따른 광 스캐너용 정전 구동기는, 하부 실리콘 기판; 및 상기 하부 실리콘 기판과 상기 제1 콤 전극층 사이에 개재되는 실리콘산화물 소재의 제1 절연층;을 더 포함한다.
상기 제1 콤 전극층은, 상기 복수의 제1 콤 전극과 교번되게 형성되며, 상부에 상기 제2 콤 전극이 위치하는 더미 콤 전극;을 더 포함한다.
본 발명에 따른 광 스캐너용 정전 구동기는, 상기 제1 콤 전극층과 상기 제2 콤 전극층 사이에 개재되고, 상기 더미 콤 전극과 상기 제2 콤 전극 사이에 개재되는 스페이서를 구비하는 실리콘산화물 소재의 제2 절연층;을 더 포함한다.
상기 복수의 제1 콤 전극과 복수의 제2 콤 전극은 적층된 더미 콤 전극/스페이서/제2 콤 전극과 상기 제1 콤 전극이 교번되게 배열된다.
상기 스페이서를 매개로 상기 제2 콤 전극 아래에 형성된 상기 제1 콤 전극은 더미 콤 전극으로 상기 제2 콤 전극과 이웃하게 위치하는 다른 상기 제1 콤 전극과는 분리되어 있다.
상기 하부 실리콘 기판은 중심 부분에 개방부가 형성되어 있고, 상기 개방부에 상기 복수의 제1 콤 전극과 상기 복수의 제2 콤 전극이 노출된다.
상기 제1 및 제2 콤 전극층은 각각, 상기 하부 실리콘 기판에 의해 지지되며, 상기 복수의 제1 및 제2 콤 전극이 각각 연결되는 제1 및 제2 콤 전극판;을 더 포함한다.
상기 복수의 제1 콤 전극 아래에 상기 제1 절연층 부분이 존재하거나 제거될 수 있다.
상기 제1 및 제2 콤 전극은 하나가 고정 전극이고 다른 하나가 구동 전극이다.
상기 제1 및 제2 콤 전극층 중에 구동 전극을 구비하는 콤 전극층은, 상기 구동 전극에 연결되는 미러 설치판;을 더 포함한다.
본 발명은 또한, 광을 반사시키는 미러; 및 상기 미러를 요동시키는 상기 정전 구동기;를 포함하는 광 스캐너를 제공한다. 상기 정전 구동기는, 제1 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열된 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층; 및 제2 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 상기 제1 콤 전극층의 상부에 적층되며, 상기 복수의 제1 콤 전극의 상부에 교번되게 형성되는 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층;을 포함한다. 그리고 상기 제1 및 제2 콤 전극은 하나가 고정 전극이고 다른 하나가 구동 전극이고, 상기 미러는 상기 구동 전극에 연결된다.
본 발명은 또한, 하부 실리콘 기판 위에 실리콘산화물 소재의 제1 절연층을 형성하는 단계; 상기 제1 절연층 위에 중간 실리콘 기판을 형성하는 단계; 상기 중간 실리콘 기판 위에 실리콘산화물 소재의 제2 절연층을 형성하는 단계; 상기 제2 절연층 위에 상부 실리콘 기판을 형성하는 단계; 상기 상부 실리콘 기판을 패터닝하여 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층을 형성하는 단계; 상기 제2 콤 전극층 아래의 상기 제2 절연층을 상기 제2 콤 전극층에 대응되게 패터닝하는 단계; 상기 제2 콤 전극층 아래의 상기 중간 실리콘 기판을 패터닝하여 미러 설치판과, 상기 미러 설치판에 연결되되 상기 복수의 제2 콤 전극에 교번되는 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층을 형성하는 단계; 상기 미러 설치판에 미러를 증착하는 단계; 및 상기 하부 실리콘 기판의 하부로 상기 미러, 상기 복수의 제1 콤 전극 및 상기 복수의 제2 콤 전극이 노출되게 상기 하부 실리콘 기판의 중심 부분에 개방부를 형성하는 단계;를 포함하는 광 스캐너의 제조 방법을 제공한다.
그리고 본 발명은, 하부 실리콘 기판 위에 실리콘산화물 소재의 제1 절연층을 형성하는 단계; 상기 제1 절연층 위에 중간 실리콘 기판을 형성하는 단계; 상기 중간 실리콘 기판 위에 실리콘산화물 소재의 제2 절연층을 형성하는 단계; 상기 제2 절연층 위에 상부 실리콘 기판을 형성하는 단계; 상기 상부 실리콘 기판을 패터닝하여 미러 설치판과, 상기 미러 설치판에 연결되는 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층을 형성하는 단계; 상기 제2 콤 전극층 아래의 상기 제2 절연층을 상기 제2 콤 전극층에 대응되게 패터닝하는 단계; 상기 제2 콤 전극층 아래의 상기 중간 실리콘 기판을 패터닝하여 상기 복수의 제2 콤 전극에 교번되게 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층을 형성하는 단계; 상기 미러 설치판에 미러를 형성하는 단계; 및 상기 하부 실리콘 기판의 하부로 상기 미러, 상기 복수의 제1 콤 전극 및 상기 복수의 제2 콤 전극이 노출되게 상기 하부 실리콘 기판의 중심 부분에 개방부를 형성하는 단계;를 포함하는 광 스캐너의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 이중 SOI 구조를 갖는 실리콘 기판을 이용하여 MEMS 공정으로 구동 전극층과 고정 전극층을 적층하여 형성한 후, 구동 전극층과 고정 전극층의 패터닝을 통하여 상하로 구동 전극과 고정 전극을 교번되게 형성함으로써, 광 스캐너의 제조 공정 중 구동 전극과 고정 전극을 서로 높이 차이를 갖게 형성하기 위해 물리적인 힘을 작용하는 것을 배제할 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 광 스캐너는 물리적인 힘에 의한 물리적인 스트레스가 작용하여 크랙이 발생하거나 파손되는 문제를 차단할 수 있다.
본 발명에 따른 광 스캐너는 물리적인 힘의 작용 없이 패터닝 공정을 통하여 구동 전극과 고정 전극을 교번되게 형성하기 때문에, 구동 전극과 고정 전극 간의 정렬 불량이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 이로 인해 본 발명에 따른 광 스캐너의 제조 방법에 따르면, 수율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 광 스캐너는 구동 전극 또는 고정 전극을 가압하는 가압 부재가 필요하지 않기 때문에, 광 스캐너의 구조를 간소화하면서 컴팩트하게 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 광 스캐너는 고정 전극층에 메인 전극과 서브 전극을 구비함으로써, 구동 전압을 인가할 서브 전극의 개수를 조절하여 외부 제어기의 추가 없이 감쇠 특성을 보상 및 조절할 수 있다. 즉 메인 전극에 구동 전압을 인가하여 미러의 회전에 따라 반사되는 광의 각도를 측정한다. 측정된 광의 각도와 기 설정된 감쇠량에 따라 연결할 서브 전극의 개수를 결정한다. 결정된 개수의 서브 전극에 구동 전압을 인가할 수 있도록, 결정된 개수의 서브 전극에 구동 전압을 인가하는 전원 단자를 와이어 본딩하여 전기적으로 연결함으로써, 동일 구동 전압 하에서 광 스캐너의 감쇄 특성을 고려하여 미러의 각도를 조절할 수 있다.
이와 같이 미러의 자체 각도 조절을 모듈의 정렬 단계에서 수행함으로써, 본 발명에 따른 복수의 광 스캐너를 구비하는 모듈 제조 시, 미러의 각도 편차를 최소화하여 모듈의 성능을 최적화하고, 광 스캐너의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너의 평면도이다.
도 2는 도 1의 2-2 선 단면도이다.
도 3 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 단면도들이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너의 단면도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
[제1 실시예]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너의 평면도이다. 그리고 도 2는 도 1의 2-2 선 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)는 멤스(MEMS) 공정을 통해 제조되는 멤스 미러로서, 광을 반사시키는 미러(10)와, 미러(10)를 요동시키는 정전 구동기(20)를 포함한다.
제1 실시예에 따른 정전 구동기(20)는 제1 콤 전극층(50)과 제2 콤 전극층(70)을 포함한다. 제1 콤 전극층(50)은 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열된 복수의 제1 콤 전극(53)을 구비한다. 그리고 제2 콤 전극층(70)은 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 제1 콤 전극층(50)의 상부에 적층되며, 복수의 제1 콤 전극(53)의 상부에 교번되게 형성되는 복수의 제2 콤 전극(73)을 구비한다. 여기서 제1 및 제2 콤 전극(53,73)은 하나가 고정 전극이고 다른 하나가 구동 전극이다. 미러(10)는 구동 전극에 연결된다.
제1 실시예에 따른 정전 구동기(20)는 하부 실리콘 기판(30), 제1 절연층(40), 제2 절연층(60), 제1 전극 패드(59) 및 제2 전극 패드(79)를 더 포함할 수 있다.
제1 실시예에 따른 정전 구동기(20)는 이중 SOI 기판(도 4의 80)을 이용하여 제조된다. 여기서 이중 SOI 기판은 두 층의 실리콘산화물 소재의 절연층(40,60)을 포함하는 다층 실리콘 기판이다. 즉 이중 SOI 기판은 하부 실리콘 기판(30)을 기준으로 상부에 제1 절연층(40), 중간 실리콘 기판, 제2 절연층(60), 및 상부 실리콘 기판이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
상부면에 제1 절연층(40)이 형성된 하부 실리콘 기판(30)은 제1 및 제2 콤 전극층(50,70)을 지지하며, 제1 및 제2 콤 전극층(50,70)을 형성할 수 있는 베이스 기판이다. 하부 실리콘 기판(30)은 제1 및 제2 콤 전극층(50,70)을 안정적으로 지지할 수 있도록, 제1 및 제2 콤 전극층(50,70) 보다는 두껍게 형성된다.
하부 실리콘 기판(30)은 중심에 개방부(31)가 형성되어 있다. 개방부(31)로 미러(10), 복수의 제1 콤 전극(53) 및 복수의 제2 콤 전극(73)이 노출된다. 개방부(31)를 통하여 미러(10)와, 미러(10)에 연결된 구동 전극이 요동하게 된다.
제1 절연층(40)은 하부 실리콘 기판(30) 위에 형성되어 하부 실리콘 기판(30)의 개방부(31)에 대응되게 개방부가 형성되어 있다. 제1 절연층(40)은 상부에 형성되는 제1 콤 전극층(50)을 형성하는 소재가 하부 실리콘 기판(30)으로 확산되는 것을 방지한다.
이러한 제1 절연층(40)은 절연성을 갖는 실리콘산화물로 형성된다. 제1 절연층(40)은 MOCVD(유기금속 기상증착법), MBE(분자빔성장법), HVPE(하이브리드 기상증착법) 등으로 성장하여 형성할 수 있다.
제1 콤 전극층(50)은 제1 절연층(40) 위에 형성된 중간 실리콘 기판을 패터닝하여 형성한다. 중간 실리콘 기판은 실리콘계 반도체 소재로 형성된다.
제2 콤 전극층(70)은 제1 콤 전극층(50) 위에 형성된 상부 실리콘 기판을 패터닝하여 형성한다. 상부 실리콘 기판은 실리콘계 반도체 소재로 형성된다.
제1 및 제2 콤 전극층(50,70)은 하부 실리콘 기판(30)에 의해 지지되며, 복수의 제1 및 제2 콤 전극(53,73)이 각각 연결되는 제1 및 제2 콤 전극판(55,75)을 포함한다. 하부 실리콘 기판(30) 위에 형성된 제1 및 제2 콤 전극판(55,75)은 물리적으로 분리되어 있다.
제1 및 제2 콤 전극층(50,70)은 동일하거나 유사한 두께를 가질 수 있다.
제1 실시예에서는 제1 콤 전극(53)이 구동 전극이고, 제2 콤 전극(73)이 고정 전극으로 사용된 예를 개시하였다. 따라서 제1 콤 전극층(50)은 구동 전극층이고, 제1 콤 전극판(55)은 구동 전극판이다. 제2 콤 전극층(70)은 고정 전극층이고, 제2 콤 전극판(75)은 고정 전극판이다.
제1 콤 전극층(50)은 제1 콤 전극(53)에 연결되는 미러 설치판(57)을 포함한다. 미러 설치판(57)의 상부에 미러(10)가 형성된다.
미러(10)는 광 반사성이 양호한 금속 소재를 증착하여 형성할 수 있다. 미러(10)의 소재로는 금(Au)이 사용될 수 있다. 증착 방법으로 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition; CVD), 물리적 기상 증착(Physics Vapor Deposition; PVD), 원자층 증착(Atomic Layer Deposition; ALD) 등이 사용될 수 있다.
제1 콤 전극층(50)은 미러 설치판(57)에 대해서 양쪽으로 돌출되어 제1 콤 전극판(55)에 연결되는 지지축(58)을 포함한다. 지지축(58)을 중심으로 양쪽에 복수의 제1 콤 전극(53)이 배열되어 있다. 지지축(58)은 고정 전극층에 인가되는 구동 전압에 의해 미러(10)의 일정 각도 범위에서의 회전(틸팅)을 안내한다. 지지축(58)은 고정 전극층로의 구동 전압 인가가 차단되면 회전에 의해 축적된 탄성력에 의해 미러(10)를 반대로 회전시켜 원래의 위치로 복귀시킨다. 지지축(58)은 미러(10)가 연결되는 일단에 반대되는 타단에 제1 전극 패드(59)가 형성되어 있다.
제1 실시예에서는 미러 설치판(57)을 중심에 양쪽에 복수의 제1 및 제2 콤 전극(53,73)이 교번되게 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 미러 설치판(57)의 외측면에 복수의 제1 콤 전극(53)을 형성하고, 복수의 제1 콤 전극(53)에 교번되게 복수의 제2 콤 전극(73)을 형성할 수도 있다.
제2 콤 전극층(70)은 복수의 제2 콤 전극(73)과, 복수의 제2 콤 전극(73)이 연결되는 제2 콤 전극판(75)을 포함한다.
고정 전극으로 사용되는 제2 콤 전극(73)에 있어서, 같은 열에 배치된 제2 콤 전극(73)은 2개 이상의 그룹으로 전기적으로 분리하여 형성하였다. 제2 콤 전극(73)은 미러(10)의 근방에 위치하는 메인 전극(73a)들과, 메인 전극(73a)들의 외측에 배치되는 적어도 하나의 서브 전극(73b)으로 분리될 수 있다.
고정 전극으로 사용되는 제2 콤 전극(73)에 있어서, 제2 콤 전극판(75)은 메인 전극(73a)들이 연결되는 복수의 메인 전극판(75a)와, 서브 전극(73b)들이 연결되는 복수의 서브 전극판(75b)을 포함한다. 서브 전극판(75b)은 메인 전극판(75a)에 이웃하게 배치되며, 메인 전극판(75a)에 대해서 전기적으로 분리되어 있다.
복수의 메인 전극(73a)을 중심으로 양쪽에 서브 전극(73b)이 배치될 수 있다. 메인 전극(73a)을 중심으로 양쪽에 동일 개수의 서브 전극(73b)가 배치될 수 있다. 메인 전극(73a) 및 서브 전극(73b)의 배치와 동일하게, 메인 전극판(75a)을 중심으로 양쪽에 서브 전극판(75b)가 배치될 수 있다.
이때 서브 전극(73b)의 개수는 복수의 메인 전극(73a)의 개수 보다는 적다. 즉 제2 콤 전극(73) 중 다수를 차지하는 메인 전극(73a)이 미러(10)의 메인 회전 각도를 결정한다. 구동 전압이 인가되는 서브 전극(73b)의 개수 조절을 통하여 동일한 구동 전압 인가 하에서 메인 회전 각도를 미세 조정한다. 복수의 서브 전극(73b) 중 구동 전압이 인가되는 서브 전극(73b)의 개수는 조절할 미러(10)의 각도 크기에 비례한다. 즉 조절한 미러(10)의 각도 크기가 증가할수록 구동 전압이 인가되는 서브 전극(73b)의 개수도 증가한다. 또는 조절할 감쇠량이 클수록 서브 전극(73b)의 개수도 증가한다.
이와 같이 제2 콤 전극(73)을 2개 이상의 그룹으로 분리한 이유는 다음과 같다. 고정 전극은 서로 분리된 메인 전극(73a)과 서브 전극(73b)을 구비함으로써, 구동 전압을 인가할 서브 전극(73b)의 개수를 조절하여 외부 제어기의 추가 없이 감쇠 특성을 보상 및 조절할 수 있다. 즉 메인 전극(73a)에 구동 전압을 인가하여 미러(10)의 회전에 따라 반사되는 광의 각도를 측정한다. 측정된 광의 각도와 기 설정된 감쇠량에 따라 연결할 서브 전극(73b)의 개수를 결정한다. 결정된 개수의 서브 전극(73b)에 구동 전압을 인가할 수 있도록, 결정된 개수의 서브 전극(73b)에 구동 전압을 인가하는 전원 단자를 와이어 본딩하여 전기적으로 연결함으로써, 동일 구동 전압 하에서 광 스캐너(100)의 감쇄 특성을 고려하여 미러(10)의 각도를 조절할 수 있다.
이와 같이 미러(10)의 자체 각도 조절을 모듈의 정렬 단계에서 수행함으로써, 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)들을 구비하는 모듈 제조 시, 미러(10)의 각도 편차를 최소화하여 모듈의 성능을 최적화하고, 광 스캐너(100)의 제조 수율을 향상시킬 수 있다.
한편 제1 실시예에서는 고정 전극으로 사용되는 제2 콤 전극(73)에 있어서, 같은 열에 배치된 제2 콤 전극(73)은 2개 이상의 그룹으로 분리된 예를 개시하였지만, 광 스캐너의 감쇄 특성을 고려할 필요가 없는 경우에는 서로 연결된 구조로 제조할 수 있다.
제1 콤 전극층(50)은 복수의 제1 콤 전극(53)과 교번되게 형성되며, 상부에 제2 콤 전극(73)이 형성되는 복수의 더미 콤 전극(54)을 포함한다. 복수의 더미 콤 전극(54)은 복수의 제1 콤 전극(53)과 함께 동일 평면 상에 형성되며, 지지축(58)으로부터 분리되어 있다.
제2 절연층(60)은 실리콘산화물로 형성되며, 제1 콤 전극층(50)과 제2 콤 전극층(70) 사이에 개재되고, 더미 콤 전극(54)과 제2 콤 전극(73) 사이에 개재되는 스페이서(61)를 구비한다. 제1 및 제2 콤 전극(53,73)을 서로 교번되게 형성할 때, 제2 콤 전극(73) 아래에 더미 콤 전극(54)이 위치한다.
제2 절연층(60)을 매개로 복수의 제1 및 제2 콤 전극(53,73)이 형성될 때, 복수의 제1 및 제2 콤 전극(53,73)의 상하로 교번되게 형성된다. 복수의 제1 콤 전극(53)이 일렬로 배열된다. 복수의 제2 콤 전극(73)이 복수의 제1 콤 전극(53) 위에 형성되되, 복수의 제1 콤 전극(53)과 교번되게 형성된다.
복수의 제2 콤 전극(73)이 복수의 제1 콤 전극(53)과 교번되게 배열될 수 있도록, 복수의 제2 콤 전극(73)은 복수의 제1 콤 전극(53)과 교번되게 형성되는 더미 콤 전극(54) 위에 스페이서(61)를 매개로 형성된다. 즉 더미 콤 전극(54)/스페이서(61)/제2 콤 전극(73)과 제1 콤 전극(53)이 교번되게 배열된다.
여기서 스페이서(61)를 매개로 제2 콤 전극(73)의 하부에 위치하는 더미 콤 전극(54)은 지지축(58)에서 분리되어 있다. 즉 스페이서(61)를 매개로 제2 콤 전극(73)의 하부에 위치하는 더미 콤 전극(54)은 제1 콤 전극(53)과 함께 형성되지만 제1 콤 전극(53)으로서의 기능을 수행하진 않는다. 더미 콤 전극(54)은 제2 콤 전극(73)과 제1 콤 전극(53) 간에 단차를 형성하는 요소로 사용된다.
그리고 제1 및 제2 전극 패드(59,79)는 제1 콤 전극(53) 및 제2 콤 전극(73)에 각각 반대되는 극성의 구동 전압을 공급한다. 제1 전극 패드(59)는 제1 콤 전극판(55) 위에 형성될 수 있다. 제2 전극 패드(79)는 제2 콤 전극판(75) 위에 형성될 수 있다. 그리고 제1 및 제2 전극 패드(59,79)는 미러(10)를 증착할 때 함께 형성할 수 있다.
이와 같이 제1 및 제2 전극 패드(59,79)를 통하여 제1 콤 전극(53) 및 제2 콤 전극(73)으로 인가되는 구동 전압의 세기를 조절함으로써, 복수의 제2 콤 전극(73)에 대한 복수의 제1 콤 전극(53)의 회전량을 조절하여 미러(10)의 회전 각도를 조절할 수 있다.
[제1 실시예에 따른 광 스캐너의 제조 방법]
이와 같은 제1 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너(100)의 제조 방법에 대해서 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 3 내지 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너(100)의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 단면도들이다.
먼저 도 3 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 이중 SOI 기판(80)을 제조하거나 준비한다. 즉 하부 실리콘 기판(30) 위에 제1 절연층(40), 중간 실리콘 기판(51), 제2 절연층(60) 및 상부 실리콘 기판(71)을 순차적으로 형성한다. 또는 제조된 이중 SOI 기판(80)이 준비될 수 있다.
먼저 도 3에 도시된 바와 같이, 하부 실리콘 기판(30) 위에 실리콘산화물로 제1 절연층(40)을 형성한다. 제1 절연층(40)은 MOCVD, MBE, HVPE 등으로 성장하여 형성할 수 있다.
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 절연층(40) 위에 중간 실리콘 기판(51), 제2 절연층(60), 및 상부 실리콘 기판(71)을 순차적으로 적층하여 형성한다. 여기서 중간 실리콘 기판(51), 제2 절연층(60), 및 상부 실리콘 기판(71) 또한 MOCVD, MBE, HVPE 등으로 성장하여 형성할 수 있다.
또는 하부 실리콘 기판(30), 제1 절연층(40) 및 중간 실리콘 기판(51)을 구비하는 SOI 기판과, 일면에 제2 절연층(60)이 형성된 상부 실리콘 기판(71)을 각각 제조한다. 다음으로 SOI 기판의 중간 실리콘 기판(51) 위에 상부 실리콘 기판(71)의 제2 절연층(60)이 접촉되게 적층한 후 열압착하여 이중 SOI 기판(80)을 제조할 수 있다.
이어서 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 이중 SOI 기판(80)을 기반으로 MEMS 공정으로 제2 콤 전극층(70)과 제1 콤 전극층(50)을 순차적으로 형성한다.
다음으로 도 5에 도시된 바와 같이, 상부 실리콘 기판(71)을 패터닝하여 제2 콤 전극층(70)을 형성한다. 여기서 제2 콤 전극층(70)은 복수의 제2 콤 전극(73)과, 복수의 제2 콤 전극(73)이 연결되는 제2 콤 전극판(75)을 포함한다.
그리고 제2 절연층(60)은 제2 콤 전극층(70)에 대응되게 패터닝되어 제2 콤 전극층(70) 아래에 위치한다.
이때 상부 실리콘 기판(71)과 제2 절연층(60)의 패턴닝은 함께 수행할 수도 있고, 상부 실리콘 기판(71)에 대한 패터닝을 수행한 이후에 제2 절연층(60)에 대한 패턴닝을 수행할 수 있다.
다음으로 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 콤 전극층(70) 아래의 중간 실리콘 기판(51) 및 제1 절연층(40)을 패터닝하여 제1 콤 전극층(50)을 형성한다. 여기서 제1 콤 전극층(50)은 미러 설치판(57)과, 미러 설치판(57)에 연결되되 복수의 제2 콤 전극(73)에 교번되는 복수의 제1 콤 전극(53)을 구비하는 제1 콤 전극층(50)과, 제1 콤 전극판(55)을 포함한다.
제1 콤 전극층(50)은 복수의 제2 콤 전극(73) 아래에 각각 형성되는 복수의 더미 콤 전극(54)을 더 포함한다. 복수의 더미 콤 전극(54)은 복수의 제1 콤 전극(53)과 함께 형성되며, 복수의 더미 콤 전극(54)과 복수의 제1 콤 전극(53)은 동일 평면 상에 교번되게 형성된다.
그리고 제1 절연층(40)은 제1 콤 전극층(50)에 대응되게 패터닝되어 제1 콤 전극층(50) 아래에 위치한다.
다음으로 도 7에 도시된 바와 같이, 미러 설치판(57)에 미러(10)를 증착하여 형성한다. 미러(10)를 증착할 때, 제1 및 제2 콤 전극층(50,70) 위에 제1 및 제2 전극 패드(59,79)를 함께 증착할 수 있다. 여기서 미러(10), 제1 및 제2 전극 패드(59,79)는 동일 소재의 금속을 증착하여 형성할 수 있다.
그리고 도 8에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(30)의 하부를 통하여 실리콘 기판(30)의 중심 부분에 개방부(31)를 형성함으로써, 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)를 얻을 수 있다. 여기서 개방부(31)를 통하여 미러(10), 복수의 제1 콤 전극(53) 및 복수의 제2 콤 전극(73)이 노출된다.
이와 같이 제1 실시예에 따른 제조 방법에 따르면, 이중 SOI 기판(80)을 이용하여 MEMS 공정으로 구동 전극층(제1 콤 전극층(50))과 고정 전극층(제2 콤 전극층(70))을 적층하여 형성한 후, 구동 전극층과 고정 전극층의 패터닝을 통하여 상하로 구동 전극(제1 콤 전극(53))과 고정 전극(제2 콤 전극(73))을 교번되게 형성함으로써, 광 스캐너(100)의 제조 공정 중 구동 전극과 고정 전극을 서로 높이 차이를 갖게 형성하기 위해 물리적인 힘을 작용하는 것을 배제할 수 있다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)는 물리적인 힘에 의한 물리적인 스트레스가 작용하여 크랙이 발생하거나 파손되는 문제를 차단할 수 있다.
제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)는 물리적인 힘의 작용 없이 패터닝 공정을 통하여 구동 전극과 고정 전극을 교번되게 형성하기 때문에, 구동 전극과 고정 전극 간의 정렬 불량이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 이로 인해 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)의 제조 방법에 따르면, 수율을 향상시킬 수 있다.
그리고 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)는 구동 전극 또는 고정 전극을 가압하는 가압 부재가 필요하지 않기 때문에, 광 스캐너(100)의 구조를 간소화하면서 컴팩트하게 제조할 수 있다.
[제2 실시예]
한편 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)는 제1 콤 전극(53)이 구동 전극이고, 제2 콤 전극(73)이 고정 전극으로 형성된 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 콤 전극(53)이 고정 전극이고, 제2 콤 전극(73)이 구동 전극으로 형성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이중 SOI를 이용한 광 스캐너의 단면도이다.
도 9를 참조하면, 제2 실시예에 따른 광 스캐너(200)는 미러(10)와, 미러(10)를 요동시키는 정전 구동기(120)를 포함한다.
제2 실시예에 따른 정전 구동기(120)는 제1 콤 전극층(50)과 제2 콤 전극층(70)을 포함한다. 제1 콤 전극층(50)은 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열된 복수의 제1 콤 전극(53)을 구비한다. 그리고 제2 콤 전극층(70)은 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 제1 콤 전극층(50)의 상부에 적층되며, 복수의 제1 콤 전극(53)의 상부에 교번되게 형성되는 복수의 제2 콤 전극(73)을 구비한다.
여기서 제1 콤 전극(53)이 고정 전극이고, 제2 콤 전극(73)이 구동 전극이다. 미러(10)는 제2 콤 전극(73)에 연결된다.
따라서 제1 콤 전극층(50)은 고정 전극층이고, 제1 콤 전극판(55)은 고정 전극판이다. 제2 콤 전극층(70)은 구동 전극층이고, 제2 콤 전극판(75)은 구동 전극판이다.
제2 콤 전극층(70)은 미러 설치판(77)을 포함한다. 제1 실시예에서 미러 설치판으로 사용된 제1 콤 전극층(50) 부분은 더미 미러 설치판(57a)이다. 더미 미러 설치판(57a)은 제1 콤 전극(53)에서 분리되어 있다.
이와 같은 제2 실시예에 따른 광 스캐너(200)의 제조 방법은, 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)의 제조 방법과 동일한 순서로 진행될 수 있다.
이때 제1 실시예에 따른 광 스캐너(100)의 제조 방법에서는 제1 콤 전극층(50)에 미러 설치판을 형성해야 하기 때문에, 미러 설치판이 형성될 부분의 상부 실리콘 기판 부분을 제거하였다.
하지만 제2 실시예에 따른 광 스캐너(200)의 제조 방법에서는 제2 콤 전극층(70)에 미러 설치판(77)을 형성하기 때문에, 제2 콤 전극층(70)을 형성할 때, 상부 실리콘 기판을 패터닝하여 미러 설치판(77)과, 미러 설치판(77)에 연결되는 복수의 제2 콤 전극(73)을 구비하는 제2 콤 전극층(70)을 형성한다.
이와 같은 제2 실시예에 따른 광 스캐너(200) 또한, 제1 실시예에 따른 광 스캐너(도 8의 100)와 같이, 이중 SOI 기판을 이용하여 MEMS 공정으로 구동 전극층(제2 콤 전극층(70))과 고정 전극층(제1 콤 전극층(50))을 적층하여 형성한 후, 구동 전극층과 고정 전극층의 패터닝을 통하여 상하로 구동 전극(제2 콤 전극(73))과 고정 전극(제1 콤 전극(53))을 교번되게 형성함으로써, 광 스캐너(200)의 제조 공정 중 구동 전극과 고정 전극을 서로 높이 차이를 갖게 형성하기 위해 물리적인 힘을 작용하는 것을 배제할 수 있다. 이로 인해 제2 실시예에 따른 광 스캐너(100)는 물리적인 힘에 의한 물리적인 스트레스가 작용하여 크랙이 발생하거나 파손되는 문제를 차단할 수 있다.
제2 실시예에 따른 광 스캐너(200)는 물리적인 힘의 작용 없이 패터닝 공정을 통하여 구동 전극과 고정 전극을 교번되게 형성하기 때문에, 구동 전극과 고정 전극 간의 정렬 불량이 발생하는 것을 최소화할 수 있다. 이로 인해 제2 실시예에 따른 광 스캐너(200)의 제조 방법에 따르면, 수율을 향상시킬 수 있다.
그리고 제2 실시예에 따른 광 스캐너(200)는 구동 전극 또는 고정 전극을 가압하는 가압 부재가 필요하지 않기 때문에, 광 스캐너(200)의 구조를 간소화하면서 컴팩트하게 제조할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.
[부호의 설명]
10 : 미러 20,120 : 정전 구동기 30 : 하부 실리콘 기판
31 : 개방부 40 : 제1 절연층 41 : 제1 버퍼층
50 : 제1 콤 전극층 51 : 중간 실리콘 기판 53 : 제1 콤 전극
54 : 더미 콤 전극 55 : 제1 콤 전극판 57 : 미러 설치판
57a : 더미 미러 설치판 58 : 지지축 59 : 제1 전극 패드
60 : 제2 절연층 61 : 스페이서 70 : 제2 콤 전극층
71 : 상부 실리콘 기판 73 : 제2 콤 전극 73a : 메인 전극
75b : 서브 전극 75 : 제2 콤 전극판 75a : 메인 전극판
75b : 서브 전극판 79 : 제2 전극 패드 80 : 이중 SOI 기판
100,200 : 광 스캐너

Claims (10)

  1. 제1 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열되며 구동 전극으로 사용되는 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층; 및
    제2 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 상기 제1 콤 전극층의 상부에 적층되며, 상기 복수의 제1 콤 전극의 상부에 교번되게 형성되며, 인가되는 구동 전압에 의해 미러를 회전시키는 고정 전극으로 사용되는 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층;을 포함하고,
    상기 제1 콤 전극층은,
    상기 미러가 형성되는 미러 설치판;
    상기 미러 설치판에 대해서 양쪽으로 돌출되어 상기 미러를 지지하며 상기 미러의 회전을 안내하는 지지축; 및
    상기 지지축에 연결되며, 상기 지지축을 중심으로 양쪽에 배열된 상기 복수의 제1 콤 전극;을 포함하고,
    상기 복수의 제2 콤 전극은,
    상기 미러를 중심으로 양쪽에 배치되며, 구동 전압이 인가되는 복수의 메인 전극; 및
    상기 복수의 메인 전극의 양쪽에 배치되며, 상기 복수의 메인 전극에 대해서 전기적으로 분리되어 있는 복수의 서브 전극으로, 상기 복수의 서브 전극 중에 선택적으로 인가되는 구동 전압에 의해 상기 미러의 각도를 조절하는 상기 복수의 서브 전극;
    을 포함하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2 콤 전극층은,
    상기 복수의 제2 콤 전극; 및
    상기 복수의 제2 콤 전극이 연결되는 제2 콤 전극판;을 포함하고,
    상기 제2 콤 전극판은,
    상기 복수의 메인 전극이 연결되어 지지되는 복수의 메인 전극판; 및
    상기 복수의 메인 전극판에 이웃하게 배치되되 상기 복수의 메인 전극판에 대해서 전기적으로 분리되어 있으며, 상기 복수의 서브 전극이 연결되어 지지되는 복수의 서브 전극판;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  3. 제2항에 있어서,
    하부 실리콘 기판; 및
    상기 하부 실리콘 기판과 상기 제1 콤 전극층 사이에 개재되는 실리콘산화물 소재의 제1 절연층;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 콤 전극층은,
    상기 복수의 제1 콤 전극과 교번되게 형성되며, 상부에 상기 제2 콤 전극이 위치하는 더미 콤 전극;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 콤 전극층과 상기 제2 콤 전극층 사이에 개재되고, 상기 더미 콤 전극과 상기 제2 콤 전극 사이에 개재되는 스페이서를 구비하는 실리콘산화물 소재의 제2 절연층;을 더 포함하고,
    상기 복수의 제1 콤 전극과 복수의 제2 콤 전극은 적층된 더미 콤 전극/스페이서/제2 콤 전극과 상기 제1 콤 전극이 교번되게 배열된 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 스페이서를 매개로 상기 제2 콤 전극 아래에 형성된 상기 제1 콤 전극은 더미 콤 전극으로 상기 제2 콤 전극과 이웃하게 위치하는 다른 상기 제1 콤 전극과는 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 하부 실리콘 기판은 중심 부분에 개방부가 형성되어 있고, 상기 개방부에 상기 복수의 제1 콤 전극과 상기 복수의 제2 콤 전극이 노출되는 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제1 및 제2 콤 전극층은 각각,
    상기 하부 실리콘 기판에 의해 지지되며, 상기 복수의 제1 및 제2 콤 전극이 각각 연결되는 제1 및 제2 콤 전극판;
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 제1 콤 전극 아래에 상기 제1 절연층 부분이 존재하거나 제거된 것을 특징으로 하는 광 스캐너용 정전 구동기.
  10. 광을 반사시키는 미러; 및
    상기 미러를 요동시키는 정전 구동기;를 포함하며,
    상기 정전 구동기는,
    제1 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 적어도 일측의 외측면을 따라서 배열되며 구동 전극으로 사용되는 복수의 제1 콤 전극을 구비하는 제1 콤 전극층; 및
    제2 실리콘계 반도체 소재로 형성되며, 상기 제1 콤 전극층의 상부에 적층되며, 상기 복수의 제1 콤 전극의 상부에 교번되게 형성되며, 인가되는 구동 전압에 의해 상기 미러를 회전시키는 고정 전극으로 사용되는 복수의 제2 콤 전극을 구비하는 제2 콤 전극층;을 포함하고,
    상기 제1 콤 전극층은,
    상기 미러가 형성되는 미러 설치판;
    상기 미러 설치판에 대해서 양쪽으로 돌출되어 상기 미러를 지지하며 상기 미러의 회전을 안내하는 지지축;
    상기 지지축에 연결되며, 상기 지지축을 중심으로 양쪽에 배열된 상기 복수의 제1 콤 전극;을 포함하고,
    상기 복수의 제2 콤 전극은,
    상기 미러를 중심으로 양쪽에 배치되며, 구동 전압이 인가되는 복수의 메인 전극; 및
    상기 복수의 메인 전극의 양쪽에 배치되며, 상기 복수의 메인 전극에 대해서 전기적으로 분리되어 있는 복수의 서브 전극으로, 상기 복수의 서브 전극 중에 선택적으로 인가되는 구동 전압에 의해 상기 미러의 각도를 조절하는 상기 복수의 서브 전극;
    을 포함하는 광 스캐너.
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