KR100702019B1

KR100702019B1 - 마이크로 미러 소자

Info

Publication number: KR100702019B1
Application number: KR1020010074838A
Authority: KR
Inventors: 츠보이오사무; 우에다사토시; 미즈노요시히로; 사와키이페이; 오쿠다히사오
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2001-07-04
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2007-03-30
Also published as: TW528883B; US7130099B2; KR20030004008A; US7411714B2; US20080285109A1; JP2003015064A; US20080165409A1; US20030007262A1; US20040228015A1; US6795225B2; US7755824B2

Abstract

비틀림(트위스트) 연결부의 비틀림 저항이 낮게 설정되면서 미러면의 법선 둘레의 회전 등의 미러 형성부의 부적절한 동작이 억제된 마이크로 미러 소자를 제공하기 위해, 마이크로 미러 소자(100)에 있어서, 프레임(113)과, 미러 평면(114)을 갖는 미러 형성부(111)와, 프레임(113) 및 미러 형성부(111)를 연결하도록 연장함과 동시에, 미러 형성부(111)를 프레임(113)에 대하여 회전시키기 위한 회전 축심 X1을 규정하고, 또 미러 평면(114)에 대하여 평행하고 회전 축심 X1에 대하여 횡단 방향으로 폭을 갖는 비틀림 연결부(112)를 구비하고, 비틀림 연결부(112)의 폭은 미러 형성부(111)에 접속되는 부분에서는 상대적으로 넓고, 프레임(113)에 이를 때까지의 적어도 도중까지는 미러 형성부(111)로부터 멀어짐에 따라 서서히 좁아지는 것으로 하였다.

미러 형성부, 비틀림 연결부, 마이크로 미러 소자, 회전 축심

Description

마이크로 미러 소자{MICRO MIRROR DEVICE}

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 마이크로 미러 소자의 분해 사시도.

도 2는 도 1에 나타내는 마이크로 미러 소자의 조립 상태에 있어서의 선 II－II에 따른 단면도.

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 마이크로 미러 소자의 상면도 및 하면도,

도 4는 도 3에 나타내는 마이크로 미러 소자의 단면도.

도 5는 도 3에 나타내는 마이크로 미러 소자의 제조 방법의 일부를, 도 3의 선 E－E에 따른 단면도로 나타낸 도면.

도 6은 도 3에 나타내는 마이크로 미러 소자의 제조 방법의 일부를, 도 3의 선 E－E에 따른 단면도로 나타낸 도면.

도 7은 도 5에 나타내는 제조 공정에서 사용되는 마스크 패턴 형성용 마스크의 평면도.

도 8은 도 6에 나타내는 제조 공정에서 사용되는 마스크 패턴 형성용 마스크의 평면도.

도 9는 본 발명에 따른 다른 비틀림 연결부의 평면도 및 단면도.

도 10은 종래의 마이크로 미러 소자의 단면도.

도 11은 도 10에 나타내는 마이크로 미러 소자가 갖는 미러 기판의 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100, 200, 400 : 마이크로 미러 소자

110, 410 : 미러 기판

111, 411 : 미러 형성부

112 : 비틀림 연결부

112a : 토션 바(torsion bar)

412 : 토션 바

113, 413 : 프레임

120, 420 : 베이스 기판

210 : 미러 형성부

210a, 210b : 제 1 빗살 전극

220 : 내측 프레임

221 : 내측 프레임 주부

221a, 221b : 제 3 빗살 전극

222 : 전극 베이스

222a, 222b : 제 2 빗살 전극

230 : 외측 프레임

231 : 제 1 외측 프레임부

232 : 제 2 외측 프레임부

232a, 232b : 제 4 빗살 전극

240, 250 : 비틀림 연결부

241, 251, 252 : 토션 바

260 : 절연층

270 : 지지 빔

본 발명은 광디스크에 대하여 데이터의 기록·재생 처리를 행하는 광디스크 장치나 복수의 광섬유간의 광로의 전환을 행하는 광 스위칭 장치 등의 광학 장치에 조립되는 소자로서, 빛의 진로 방향을 변경하는데 이용되는 마이크로 미러 소자에 관한 것이다.

마이크로 미러 소자는 빛을 반사하기 위한 미러면을 구비하고, 상기 미러면의 요동에 의해 빛의 반사 방향을 변화시킬 수 있다. 미러면을 요동시키기 위해서 정전기력을 이용하는 정전 구동형태의 마이크로 미러 소자가 많은 광학 장치에서 채용되고 있다. 정전 구동형 마이크로 미러 소자로서는 다양한 구조가 알려져 있는 바, 이들은 그 제조 방법에 근거하여 크게 2종류로 나눌 수 있다. 소위 표면 마이크로 가공 기술에 의해서 제조되는 마이크로 미러 소자와, 소위 벌크 마이크로 가공 기술에 의해서 제조되는 마이크로 미러 소자이다.

표면 마이크로 가공 기술에서는 기판 위에 있어서, 각 구성 부위에 대응하는 재료 박막을 원하는 패턴으로 가공하고, 이러한 패턴을 순차 적층시킴으로써, 지지 체, 미러면 및 전극부 등 소자를 구성하는 각 부위나 후에 제거되는 희생층을 형성한다. 이러한 표면 마이크로 가공 기술에 의해서 제조되는 정전 구동형 마이크로 미러 소자는 예를 들면 일본국 특개평 7－287177호 공보에 개시되어 있다.

한편, 벌크 마이크로 가공 기술에서는 재료 기판 자체를 에칭함으로써 지지체나 미러 형성부 등을 원하는 형상으로 성형하고, 필요에 따라서 미러면이나 전극을 박막 형성한다. 이러한 벌크 마이크로 가공 기술에 의해서 제조되는 정전 구동형 마이크로 미러 소자는 예를 들면 일본국 특개평 9－146032호 공보, 일본국 특개평 9－146034호 공보, 일본국 특개평 10－62709호 공보, 일본국 특개 2001－13443호 공보에 개시되어 있다.

마이크로 미러 소자에 요구되는 기술적 사항의 하나로서, 광반사를 담당하는 미러면의 평면도가 높은 것을 들 수 있다. 표면 마이크로 가공 기술에 의하면, 최종적으로 형성되는 미러면이 얇기 때문에 미러면이 만곡되기 쉽고, 높은 평면도가 보증되는 것은 미러면의 사이즈에 있어서 한 변의 길이가 수 10㎛의 것에 한정된다. 이에 반해, 벌크 마이크로 가공 기술에 의하면, 상대적으로 두꺼운 재료 기판 자체를 깎아내어 미러 형성부를 구성하고 이 미러 형성부상에 미러면을 설치하기 때문에, 더 넓은 면적의 미러면이라도 그 강성을 확보할 수 있고, 그 결과, 충분히 높은 광학적 평면도를 갖는 미러면을 형성하는 것이 가능해진다. 따라서, 특히 한 변의 길이가 수 100㎛ 이상인 미러면이 필요로 되는 마이크로 미러 소자의 제조에 있어서는 벌크 마이크로 가공 기술이 널리 채용되고 있다.

도 10은 벌크 마이크로 가공 기술에 의해서 제작된 종래의 정전 구동형 마이크로 미러 소자(400)를 나타낸다. 마이크로 미러 소자(400)는 미러 기판(410)과 베이스 기판(420)이 적층된 구조를 갖는다. 미러 기판(410)은 도 11에 나타내는 바와 같이, 미러 형성부(411)와, 프레임(414)과, 이들을 연결하는 한 쌍의 토션 바(412)를 포함한다. 미러 형성부(411)의 표면에는 미러면(411a)이 설치되어 있다. 미러 형성부(411)의 이면에는 한 쌍의 전극(414a, 414b)이 설치되어 있다. 베이스 기판(420)에는 도 10에 나타내는 바와 같이 미러 형성부(411)의 전극(414a)과 대향하는 전극(421a) 및 전극(414b)과 대향하는 전극(421b)이 설치되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 예를 들면 미러 형성부(411)의 전극(414a, 414b)을 정(포지티브)으로 대전시킨 상태에서 베이스 기판(420)의 전극(421a)을 음(네가티브)으로 하면, 전극(414a)과 전극(421a) 사이에는 정전 인력이 발생하고, 미러 형성부(411)는 한 쌍의 토션 바(412)를 비틀면서 화살표 M3 방향으로 요동 내지 회전한다. 미러 형성부(411)는 전극간의 정전 인력과 각 토션 바(412)의 비틀림 저항력의 총합이 균형을 이루는 각도까지 요동하고, 정지한다. 이것 대신에, 미러 형성부(411)의 전극(414a, 414b)을 정으로 대전시킨 상태에서 전극(421b)을 음극으로 하면, 전극(414b)과 전극(421b) 사이에 정전 인력이 발생하고, 미러 형성부(411)는 화살표 M3과는 반대 방향으로 요동하고, 정지한다. 이러한 미러 형성부(411)의 요동 구동에 의해, 미러면(411a)에 의해서 반사되는 빛의 반사 방향이 전환된다.

정전 구동형 마이크로 미러 소자에 있어서, 미러 형성부는 상술한 바와 같이 전극간의 정전력과 각 토션 바의 비틀림 저항력의 총합이 균형을 이루는 각도까지 요동하고, 정지한다. 따라서, 미러 형성부의 요동 각도는 각 토션 바가 갖는 비틀림 저항과 발생하는 정전력의 크기에 의해 조절된다. 한편, 마이크로 미러 소자는 수 100㎛나 되는 치수를 갖는 구조체이므로, 토션 바의 비틀림 저항력의 총합은 정전력에 대하여 커져 버리는 경향이 있다. 그 때문에, 종래에 있어서는 정전력과 비틀림 저항력의 총합을 적당한 요동 각도로 균형을 맞추기 위해서는 토션 바의 비틀림 저항을 가능한 한 낮게 설정하면서 충분한 정전력을 발생시킬 정도로까지 전극의 면적을 넓게 확보하는 방책이 채용되어 왔다. 구체적으로는 종래의 마이크로 미러 소자가 갖는 토션 바에 대하여 낮은 비틀림 저항을 설정하기 위해서는 토션 바는 통상 그 폭방향에 있어서 균일하게 좁게 되어 있다. 예를 들면 도 11에 나타내는 종래의 토션 바(412)에서는 폭 L이 균일하게 좁게 설정되어 있다.

그러나, 토션 바를 폭방향에 있어서 균일하게 좁게 하면, 미러 형성부와 직접적으로 접합하는 토션 바 단부의 폭이 좁아져, 미러 형성부가 미러면의 법선 둘레를 회전하기 쉬워진다. 예를 들면, 도 12에 나타내는 미러 형성부(411)는 그 법선 N3 둘레를 회전하기 쉬워진다. 그렇게 하면, 구동시의 미러 형성부에 있어서, 토션 바에 의해 규정되는 회전 축심 둘레의 적정한 회전과 함께, 미러면의 법선 둘레의 회전이 동시에 발생하는 경향에 있어, 마이크로 미러 소자의 고정밀도의 제어가 저해되는 경우가 있다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이루어진 것으로서, 상술한 종래의 문제점을 해소 내지 경감시키는 것을 과제로 하여, 토션 바의 비틀림 저항이 낮게 설정되 면서, 미러면의 법선 둘레의 회전 등의 미러 형성부의 부적절한 동작이 억제된 마이크로 미러 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위해, 본 발명에서는 다음의 기술적 수단을 강구하고 있다.

본 발명의 제 1 측면에 의해 제공되는 마이크로 미러 소자는 프레임과, 미러 평면을 갖는 미러 형성부와, 프레임 및 미러 형성부를 연결하도록 연장함과 동시에 미러 형성부를 프레임에 대하여 회전시키기 위한 회전 축심을 규정하고, 또 미러 평면에 대하여 평행하고 회전 축심에 대하여 횡단방향으로 폭을 갖는 비틀림 연결부를 구비하고, 비틀림 연결부의 폭은 미러 형성부에 접속되는 부분에서는 상대적으로 넓고, 프레임에 이를 때까지의 적어도 도중까지는 미러 형성부로부터 멀어짐에 따라 서서히 좁아지는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 마이크로 미러 소자의 비틀림 연결부 내지 토션 바의 비틀림 저항을 낮게 설정하면서 미러 형성부의 부적절한 동작을 억제할 수 있다. 구체적으로는 비틀림 연결부는 미러 형성부로부터 떨어진 상대적으로 폭이 좁은 부위를 갖고 있고, 상기 폭이 좁은 부위 또는 형성되어 있는 경우에는 더 폭이 좁은 부위의 존재에 의해, 비틀림 연결부에 있어서 원하는 낮은 비틀림 저항이 달성된다. 동시에, 비틀림 연결부는 폭이 좁은 부위로부터 미러 형성부에 이를 때까지 서서히 폭이 넓어져, 미러 형성부에 접속한 상대적으로 광폭인 부위를 갖고 있으며, 상기 광폭 부위는 미러 형성부가 미러면의 법선 둘레를 회전하는 것을 억제하는 기능을 나타낸다.

바람직하게는, 또 추가 프레임과 추가 비틀림 연결부를 구비하고, 상기 추가 비틀림 연결부는 추가 프레임 및 프레임을 연결하도록 연장함과 동시에, 프레임 및 미러 형성부를 추가 프레임에 대하여 회전시키기 위한 추가 회전 축심을 규정한다. 이러한 구성에 의해, 미러 형성부의 부적절한 동작이 억제된 2축형 마이크로 미러 소자를 얻을 수 있다.

바람직하게는, 추가 비틀림 연결부는 미러 평면에 대하여 평행하고 추가 회전 축심에 대하여 횡단방향으로 폭을 갖고, 추가 비틀림 연결부의 폭은 프레임에 접속되는 부분에서는 상대적으로 넓고, 추가 프레임에 이를 때까지의 적어도 도중까지는 프레임으로부터 멀어짐에 따라 서서히 좁아진다. 이러한 구성에 의하면, 2축형 마이크로 미러 소자에 있어서, 상술한 바와 같은 구조상의 작용에 의해, 프레임과 추가 프레임을 연결하는 추가 비틀림 연결부 내지 토션 바의 비틀림 저항을 낮고 설정하면서 프레임의 부적절한 동작을 억제할 수 있음과 동시에, 미러 형성부의 부적절한 동작을 더욱 억제할 수 있다.

본 발명의 제 2 측면에 의해 제공되는 마이크로 미러 소자는 내측 프레임 및 외측 프레임과, 미러 평면을 갖는 미러 형성부와, 내측 프레임 및 미러 형성부를 연결하도록 연장하는 내측 비틀림 연결부와, 내측 프레임 및 외측 프레임을 연결하도록 연장함과 동시에, 내측 프레임 및 미러 형성부를 외측 프레임에 대하여 회전시키기 위한 회전 축심을 규정하고, 또 미러 평면에 대하여 평행하고 회전 축심에 대하여 횡단방향으로 폭을 갖는 외측 비틀림 연결부를 구비하고, 외측 비틀림 연결부의 폭은 내측 프레임에 접속되는 부분에서는 상대적으로 넓고, 외측 프레임 에 이를 때까지의 적어도 도중까지는 내측 프레임으로부터 멀어짐에 따라 서서히 좁아지는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의하면, 2축형 마이크로 미러 소자에 있어서, 제 1 측면에 관해서 상술한 바와 같은 구조상의 작용에 의해, 내측 프레임과 외측 프레임을 연결하는 외측 비틀림 연결부 내지 토션 바의 비틀림 저항을 낮게 설정하면서 내측 프레임 및 미러 형성부의 부적절한 동작을 억제할 수 있다.

본 발명의 제 1 측면 및 제 2 측면에 있어서, 비틀림 연결부, 추가 비틀림 연결부, 내측 비틀림 연결부 및 외측 비틀림 연결부는 1개의 토션 바에 의해 구성할 수도 있고, 복수개의 토션 바에 의해 구성할 수도 있다.

비틀림 연결부, 추가 비틀림 연결부, 내측 비틀림 연결부 또는 외측 비틀림 연결부가 복수개의 토션 바로 이루어지는 경우에도, 상술한 것과 마찬가지의 작용에 의해, 이들의 비틀림 저항을 낮게 설정하면서 미러 형성면의 부적절한 동작을 억제 할 수 있다. 단, 이 경우, 각 비틀림 연결부의 폭은 미러 평면에 대하여 평행하고 각 비틀림 연결부가 규정하는 회전 축심의 횡단방향에 있어서 가장 끝에 존재하는 2개의 토션 바에 의해 규정된다. 그리고, 이 경우, 각 비틀림 연결부에는 가장 끝에 존재하는 2개의 토션 바 사이에 개재하는 공극부가 존재하는 경우에는 새로운 토션 바도 포함된다.

각 비틀림 연결부가 복수개의 토션 바를 포함하는 경우에는 이들 토션 바는 바람직하게는 다른 2종류 이상의 전위 전달 경로로 분리되어 있다. 이러한 구성에 의해, 미러 형성부 구동 회로의 배선의 자유도를 높일 수 있다.

본 발명에 있어서, 바람직하게는 비틀림 연결부, 추가 비틀림 연결부, 내측 비틀림 연결부 또는 외측 비틀림 연결부의 폭은 대응하는 각 프레임, 즉 프레임, 추가 프레임, 내측 프레임 또는 외측 프레임에 이를 때까지 계속해서 점감한다. 이러한 구성에서는 각 비틀림 연결부 즉 1개의 토션 바 또는 복수개의 토션 바에 걸쳐서 차지되는 영역에 있어서, 미러 형성부로부터 가장 먼 개소가 가장 폭이 좁게 되어 있고, 미러 형성부와 가장 가까운 개소가 가장 광폭으로 되어 있다. 이것에 의해, 각 비틀림 연결부에 있어서 낮은 비틀림 저항을 달성하면서 미러 형성면의 부적절한 동작을 양호하게 억제하는 것이 가능해진다. 본 발명에서는 이것 대신에 각 비틀림 연결부의 폭을 도중까지 점감한 이후는 대응하는 각 프레임에 이를 때까지 점증시켜도 좋다.

바람직한 실시예에 있어서, 비틀림 연결부, 추가 비틀림 연결부, 내측 비틀림 연결부 또는 외측 비틀림 연결부 혹은 이들에 포함되는 복수 라인의 토션 바의 각각은 직사각형, 원, 타원으로 이루어지는 군에서 선택되는 단면 외곽 형상을 갖는다. 각 비틀림 연결부 또는 토션 바는 중공 구조를 갖고 있어도 좋다. 그리고, 각 비틀림 연결부 또는 토션 바는 분지 구조를 갖고 있어도 좋다. 이들의 구성을 채용함으로써, 각 비틀림 연결부에 대하여 비틀림 강성이나 구부림 강성 등을 조절할 수 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 비틀림 연결부, 추가 비틀림 연결부, 내측 비틀림 연결부 또는 외측 비틀림 연결부 혹은 이들에 포함되는 복수개의 토션 바의 각각은 곡률을 갖고 넓어지는 제 1 기단부(基端部) 및/또는 제 2 기단부를 갖는다. 이러한 구성에 의하면, 각 비틀림 연결부 또는 토션 바에 있어서, 미러 형성부 또는 각 프레임에 대한 지지 강도를 향상시킬 수 있다.

본 발명에 있어서, 미러 형성부를 요동시키기 위해서는 정전력이나 전자력을 이용할 수 있다. 바람직한 실시예에서는 미러 형성부는 제 1 빗살 전극부를 갖고, 프레임 또는 내측 프레임은 제 1 빗살 전극부 사이에 정전력을 발생시킴으로써 미러 형성부를 변위시키기 위한 제 2 빗살 전극부를 갖는다. 그리고, 2축형에서는 프레임 또는 내측 프레임은 제 3 빗살 전극부를 갖고, 추가 프레임 또는 외측 프레임은 제 3 빗살 전극부 사이에 정전력을 발생시킴으로써 프레임 또는 내측 프레임과 미러 형성부를 변위시키기 위한 제 4 빗살 전극부를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 미러 소자는 빗살 전극형으로 구성할 수 있다.

이 대신에, 미러 형성부와 대면하는 베이스부를 더 구비하고, 상기 베이스부에 미러 형성부와 대면하는 제 1 평판 전극을 설치하고, 미러 형성부에는 제 1 평판 전극과 대면하는 제 2 평판 전극을 설치함으로써, 본 발명의 마이크로 미러 소자를 평판 전극형으로서 구성해도 좋다. 단, 미러 형성부의 적어도 일부 자체가 도전성 재료로 구성되어 있는 경우에는 반드시 제 2 평판 전극을 설치하지 않아도 좋다.

이 대신에, 미러 형성부에 제 1 전자 코일을 설치하고, 베이스부에 제 2 전자 코일 또는 영구자석을 설치하거나 또는 미러 형성부에 영구자석을 설치하고, 베이스부에 전자 코일을 설치함으로써, 본 발명의 마이크로 미러 소자를 전자 구동형으로서 구성해도 좋다.

바람직한 실시예에서는 프레임, 추가 프레임, 내측 프레임 또는 외측 프레임의 적어도 일부는 복수의 도체층과, 이 도체층간의 절연층으로 이루어지는 다층 구조를 갖고 있다. 이러한 구성에 의해, 도체층에 의한 미러 형성부 구동 회로에 있어서, 도체층에 의한 배선의 자유도를 높일 수 있다. 그리고, 바람직하게는 각 프레임은 절연막 또는 공극에 의해 서로 절연된 복수의 구획을 가짐으로써, 마이크로 미러 소자의 구조에 있어서 적절히 절연 설정되어 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여, 도면을 참조하면서 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 마이크로 미러 소자(100)의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1에 나타내는 마이크로 미러 소자(100)의 조립 상태에 있어서의 선 II－II에 따른 단면도이다. 본 실시예의 마이크로 미러 소자(100)는 미러 기판(110)과 베이스 기판(120)이 적층된 구조를 갖는다.

미러 기판(110)은 도 1에 나타내는 바와 같이, 미러 형성부(111)와, 이 미러 형성부(111)를 둘러싸는 프레임(113)과, 이 프레임 (113) 및 미러 형성부(111)를 연결하는 한 쌍의 비틀림 연결부(112)를 갖는다. 미러 기판(110)은 예를 들면 P나 As 등의 n형 불순물이나 B 등의 p형 불순물을 도핑함으로써 도전성을 부여받은 실리콘제의 기판으로부터, 벌크 가공 기술에 의해서 성형된 것이다. 구체적으로는 판형태의 도전성 실리콘 기판에 대하여, 미러 형성부(111), 프레임(113) 및 한 쌍의 비틀림 연결부(112)에 대응하는 개소를 덮는 에칭 마스크를 이용하여, Deep RIE 법에 의한 Si에칭이나 KOH 등의 웨트 Si에칭 등의 수단에 의해, 복수의 공극부(110a)를 설치한다. 그 결과, 복수의 공극부(110a)에 의해서 미러 형성부(111), 프레임(113) 및 한 쌍의 비틀림 연결부(112)의 형태가 잡히게 된다. 본 실시예에서는 미러 형성부(111)와 프레임(113) 사이의 각 공극부(110a)의 폭은 예를 들면 10∼200㎛이고, 미러 형성부(111) 및 프레임(113)의 두께는 예를 들면 10∼200㎛이다.

도 2에 잘 나타나 있는 바와 같이, 미러 형성부(111)의 표면에는 미러면(114)이 설치되고, 또한 그 이면에는 한 쌍의 전극(115a, 115b)이 설치되어 있다. 이들 미러면(114) 및 전극(115a, 115b)은 금속막을 증착시키는 것 등에 의해 형성되어 있다. 단, 불순물의 도핑에 의해 미러 기판(110)의 도전성을 충분히 높게 구성한 경우에는 전극(115a, 115b)은 설치하지 않아도 좋다.

도 1에 잘 나타나 있는 바와 같이, 각 비틀림 연결부(112)는 미러 형성부(111)의 길이 방향으로 연장하는 측면의 중앙 부근과 프레임(113)의 길이 방향으로 연장하는 내측면의 중앙 부근에 일체적으로 접속되어 있다. 이에 의해서, 본 실시예의 마이크로 미러 소자(100)는 한 쌍의 비틀림 연결부(112)에 의해 회전 축심 X1이 규정된 1축형으로서 구성되어 있다. 본 실시예에서는 각 비틀림 연결부(112)는 2개의 토션 바(112a)로 이루어지고, 상기 2개의 토션 바(112a)는 비틀림 연결부(112)의 폭, 즉 도면중 Y방향의 길이를 규정한다. 비틀림 연결부(112)의 폭은 예를 들면 미러 형성부(111)에 접속되는 개소에서 30∼300㎛로서, 미러 형성부(111)로부터 프레임 (113)에 걸쳐 서서히 좁아져 있고, 프레임(113)에 접속되는 개소에서는 1∼30㎛이다.

마이크로 미러 소자(100)는 조립 상태에 있어서는 도 2에 나타내는 바와 같이 미러 형성부(111)의 프레임(113)의 하면이 베이스 기판(120)의 볼록형상 단차부(121)의 상면에 접합된다. 베이스 기판(120)은 미러 형성부(111)의 한 쌍의 전극(115a, 115b)에 대하여 적당한 간격을 두고 대향하는 한쌍의 전극(122a, 122b)을 구비하고 있다. 즉, 본 실시예에 따른 마이크로 미러 소자(100)는 소위 평판 전극형으로서 구성되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 예를 들면 미러 형성부(111)의 전극(115a, 115b)을 정극으로 대전시킨 상태에 있어서, 베이스 기판(120)의 전극(122a)을 부극으로 하면, 이들 사이에는 정전력이 발생하고, 미러 형성부(111)는 한 쌍의 비틀림 연결부(112)를 비틀면서 화살표 N1방향으로 요동한다. 그리고, 이것 대신에 전극(122b)을 부극으로 하면, 미러 형성부(111)는 상기와는 반대 방향으로 요동하게 된다. 이와 같이, 미러 형성부(111)를 요동시킴으로써, 미러면(114)을 향해서 진행하여 이 미러면(114)에서 반사되는 빛의 반사 방향을 소정의 방향으로 전환할 수 있다. 이러한 미러 형성부(111)의 요동시에 있어서, 비틀림 연결부(112)가 상대적으로 폭이 좁은 부위를 갖고 있기 때문에, 비틀림 연결부(112)의 비틀림 저항은 저감되고 있다. 동시에, 비틀림 연결부(112)가 상대적으로 폭이 큰 부위에서 미러 형성부(114)에 접속되어 있기 때문에, 미러 형성부(111)가 그 법선 N1 둘레를 회전해 버리는 것을 양호하게 억제할 수 있다.

미러 형성부(111)의 전극(115a, 115b)으로의 전위 부여는 도전 재료로 구성된 프레임(113), 비틀림 연결부(112) 및 미러 형성부(111)를 통해서 실행한다. 베 이스 기판(120)의 전극(122a, 122b)으로의 전위 부여는 절연 재료로 구성된 베이스 기판(120)에 적당히 설치된 배선(도시 생략)을 통해서 실행한다. 본 실시예의 마이크로 미러 소자(100)의 미러 기판(110)에서는 미러 형성부(111), 비틀림 연결부(112), 프레임(113)이 도전성 재료에 의해 일체적으로 구성되어 있고, 비틀림 연결부(112)를 통해서 미러 형성부(111)의 전극(115a, 115b)에 대하여 적절히 전위를 부여할 수 있기 때문에, 종래의 마이크로 미러 소자와는 달리, 미러 기판(110)의 전극(115a, 115b)에 전위를 부여하기 위한 배선을 비틀림 연결부(112) 상에 별도 형성할 필요는 없다.

마이크로 미러 소자(100)의 미러 형성부(111)를 구동시키기 위해서는 평판 전극 대신에 빗살 전극을 설치해도 좋다. 그리고, 평판 전극이나 빗살 전극 등에 의한 정전력 대신에 전자 코일이나 영구자석 등에 의한 전자력을 이용할 수도 있다. 구체적으로는 미러 형성부(111)의 전극(115a, 115b)을 전자 코일로 치환하고, 베이스 기판의 전극(122a, 122b)을 전자 코일 또는 영구자석으로 치환한다. 또는, 미러 형성부(111)의 전극(115a, 115b)을 영구자석으로 치환하고, 베이스 기판의 전극(122a, 122b)을 전자 코일로 치환한다. 이들의 구성에서는 전자 코일로의 통전 상태를 조절함으로써, 미러 형성부(111)를 구동시킬 수 있다.

도 3 및 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로 미러 소자(200)를 나타낸다. 도 3의 (a)는 마이크로 미러 소자(200)의 상면도이고, 도 3의 (b)는 하면도이다. 도 4의 (a)∼(c)는 각각 도 3의 선 A－A, 선 B－B,선 C－C에 따른 단면도이다.

도 3에 나타내는 바와 같이, 본 실시예에 있어서의 마이크로 미러 소자(200)는 미러 형성부(210), 이것을 둘러싸는 내측 프레임(220), 내측 프레임(220)을 둘러싸는 외측 프레임(230), 미러 형성부(210)와 내측 프레임(220)을 연결하는 한 쌍의 비틀림 연결부(240), 내측 프레임(220)과 외측 프레임(230)을 연결하는 한 쌍의 비틀림 연결부(250)를 구비한다. 한 쌍의 비틀림 연결부(240)는 내측 프레임(220)에 대한 미러 형성부(210)의 회전 운동의 회전 축심 X2를 규정한다. 한 쌍의 비틀림 연결부(250)는 외측 프레임(230)에 대한 내측 프레임(220)의 회전 운동의 회전 축심 X3을 규정한다. 본 실시예에서는 회전 축심 X2와 회전 축심 X3은 직교하고 있다. 마이크로 미러 소자(200)는 후술하는 미러면(211) 및 절연층(260)을 제외하고 도전성 재료에 의해 일체적으로 구성되어 있다. 도전성 재료로서는 Si 등의 반도체에 P나 As 등의 n형 불순물이나 B 등의 p형 불순물을 도핑한 것을 이용하다. 단, 이것 대신에 W 등의 금속을 이용해도 좋다.

미러 형성부(210)는 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이 그의 상면에 미러면(211)이 박막 형성되어 있다. 그리고, 미러 형성부(210)의 서로 대향하는 2개의 측면에는 제 1 빗살 전극(210a, 210b)이 연장되어 성형되어 있다.

내측 프레임(220)은 도 3의 (b) 및 도 4에 잘 나타나 있는 바와 같이, 내측 프레임 주부(221)와, 한 쌍의 전극 베이스(222)와, 이들 사이의 절연층(260)으로 이루어지는 적층 구조를 갖고, 내측 프레임 주부(221)와 전극 베이스(222)는 전기적으로 분단되어 있다. 한 쌍의 전극 베이스(222)에는 안쪽으로 연장하는 제 2 빗살 전극(222a, 222b)이 일체적으로 성형되어 있고, 내측 프레임 주부(221)에는 바 깥쪽으로 연장하는 제 3 빗살 전극(221a, 221b)이 일체적으로 성형되어 있다. 제 2 빗살 전극(222a, 222b)은 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 미러 형성부(210)의 제 1 빗살 전극(210a, 210b)의 아래쪽에 위치하고 있지만, 미러 형성부(210)의 요동 동작시에 있어서, 제 1 빗살 전극(210a, 210b)의 빗살과 제 2 빗살 전극(222a, 222b)의 빗살이 맞닿지 않도록, 도 4의 (c)에 잘 나타나 있는 바와 같이 서로 빗살이 위치 어긋나게 배치되어 있다.

한 쌍의 비틀림 연결부(240)는 도 3에 나타내는 바와 같이 각각 2개의 토션 바(241)를 포함한다. 2개의 토션 바(241)에 의해서 규정되는 비틀림 연결부(240)의 폭은 미러 형성부(210)에 접속되는 개소에서 30∼300㎛로서, 미러 형성부(210)로부터 내측 프레임(220)에 걸쳐 서서히 좁아지고, 내측 프레임(220)에 접속되는 개소에서는 1∼30㎛이다. 토션 바(241)는 도 4의 (b)에 나타내는 바와 같이 미러 형성부(210) 및 내측 프레임(220)보다 두께가 얇고, 미러 형성부(210)와 내측 프레임(220)의 내측 프레임 주부(221)를 가교하고 있다.

외측 프레임(230)은 도 4의 (a)에 잘 나타나 있는 바와 같이, 제 1 외측 프레임부(231)와, 제 2 외측 프레임부(232)와, 이들 사이의 절연층(260)으로 이루어지는 적층 구조를 갖고, 제 1 외측 프레임부(231)와 제 2 외측 프레임부(232)는 전기적으로 분단되어 있다. 제 2 외측 프레임부(232)에는 도 3의 (b)에 잘 나타나 있는 바와 같이 공극을 통해서 제 1 아일랜드(233), 제 2 아일랜드(234), 제 3 아일랜드(235) 및 제 4 아일랜드(236)가 설치되어 있다. 도 4의 (b) 및 도 4의 (c)에 잘 나타나 잇는 바와 같이, 제 1 아일랜드(233) 및 제 3 아일랜드(235)에는 각 각 안쪽으로 연장하는 제 4 빗살 전극(232a, 232b)이 일체적으로 성형되어 있다. 제 4 빗살 전극(232a, 232b)은 각각 내측 프레임 주부(221)의 제 3 빗살 전극(221a, 221b)의 하부에 위치하고 있지만, 내측 프레임(220)의 요동 동작시에 있어서, 제 3 빗살 전극(221a, 221b)의 빗살과 제 4 빗살 전극(222a, 222b)의 빗살이 맞닿지 않도록 서로의 빗살이 위치 어긋나게 배치되어 있다.

한 쌍의 비틀림 연결부(250)는 도 4의 (a)에 나타나 있는 바와 같이, 각각 1개의 토션 바(251)와 2개의 토션 바(252)를 포함한다. 양단에 배치된 2개의 토션 바(252)에 의해서 규정되는 비틀림 연결부(250)의 폭은 내측 프레임(220)에 접속되는 개소에서 30∼300㎛로서, 내측 프레임(220)으로부터 외측 프레임(230)에 걸쳐 서서히 좁아지고, 외측 프레임(230)에 접속되는 개소에서는 1∼30㎛이다. 토션 바(251, 252)는 도 4의 (a)에 나타내는 바와 같이, 내측 프레임(220) 및 외측 프레임(230)보다 두께가 얇다. 토션 바(251)는 내측 프레임(220)의 내측 프레임 주부(221)와 외측 프레임(230)의 제 1 외측 프레임부(231)를 가교하고 있다. 토션 바(252)는 내측 프레임(220)의 전극 베이스(222)와 외측 프레임(230)의 제 2 외측 프레임부(232)를 가교하고 있다.

본 실시예에서는 제 1 외측 프레임부(231)에 전위를 부여하면, 도 3의 (a)를 참조하면 잘 이해할 수 있는 바와 같이, 제 1 외측 프레임부(231)와 동일한 도전재료로 일체적으로 성형되고 있는, 2개의 토션 바(251), 내측 프레임 주부(221), 한 쌍의 비틀림 연결부(240) 내지 합계 4개의 토션 바(241) 및 미러 형성부(210)를 통해서 제 1 빗살 전극(210a, 210b)과 제 3 빗살 전극(221a, 221b)이 동일 전위로 된 다. 이 상태에 있어서, 제 2 빗살 전극(222a) 또는 제 2 빗살 전극(222b)에 원하는 전위를 부여하고, 제 1 빗살 전극(210a)과 제 2 빗살 전극(222a) 사이 또는 제 1 빗살 전극(210b)과 제 2 빗살 전극(222b) 사이에 정전력을 발생시킴으로써, 미러 형성부(210)가 회전 축심 X2 둘레를 요동하도록 할 수 있다. 그리고, 제 4 빗살 전극(232a) 또는 제 4 빗살 전극(232b)에 원하는 전위를 부여하고, 제 3 빗살 전극(221a)과 제 4 빗살 전극(232a) 사이 또는 제 3 빗살 전극(221b)과 제 4 빗살 전극(232b) 사이에 정전력을 발생시킴으로써, 내측 프레임(220) 및 미러 형성부(210)가 회전 축심 X3 둘레를 요동하도록 할 수 있다.

제 2 빗살 전극(222a)으로의 전위 부여는 도 4의 (a)를 참조하면 잘 이해할 수 있는 바와 같이, 동일한 도전재료로 일체적으로 성형되고 있는 제 2 외측 프레임부(232)의 제 4 아일랜드(236), 이것에 접속되는 토션 바(252) 및 이것에 접속되는 전극 베이스(222)를 통해서 실행한다. 이와 같이, 제 2 빗살 전극(222b)으로의 전위 부여는 제 2 아일랜드(234), 이것에 접속되는 토션 바(252) 및 이것에 접속되는 전극 베이스(222)를 통해서 실행한다. 한편, 제 4 빗살 전극(232a)으로의 전위 부여는 도 4의 (b)를 참조하면 잘 이해할 수 있는 바와 같이, 제 2 외측 프레임부(232)의 제 1 아일랜드(233)를 통해서 실행하고, 제 4 빗살 전극(232b)으로의 전위 부여는 제 3 아일랜드(235)를 통해서 실행한다. 제 2 외측 프레임부(232)에 있어서의 4개의 아일랜드(233, 234, 235, 236)가 전기적으로 독립되어 있으므로, 제 2 빗살 전극(222a, 222b) 및 제 4 빗살 전극으로의 전위 부여는 선택적으로 실행할 수 있다. 그 결과, 미러 형성부(210)를 원하는 방향으로 경사지게 하는 것 이 가능해진다. 이러한 미러 형성부(210)의 요동시에 있어서, 비틀림 연결부(240, 250)가 상대적으로 폭이 좁은 부위를 갖고 있기 때문에, 비틀림 연결부(240, 250)의 비틀림 저항은 저감되고 있다. 동시에, 비틀림 연결부(240)가 상대적으로 광폭인 부위에서 미러 형성부(210)에 접속되고, 또한 비틀림 연결부(250)가 상대적으로 광폭인 부위에서 내측 프레임(220)에 접속되어 있기 때문에, 미러 형성부(210)가 그 법선(도시하지 않음) 둘레를 회전해 버리는 것을 양호하게 억제할 수 있다.

다음에, 도 5 및 도 6을 참조하여, 상기 구성의 마이크로 미러 소자(200)의 제조 방법을 설명한다. 도 5는 도 3에 나타내는 마이크로 미러 소자(200)의 제조 방법의 일부의 공정을, 도 3의 선 E－E의 실선 개소에 따른 단면도로 나타낸 것이다. 도 6은 도 5에 이어지는 공정을, 마찬가지로 도 3의 선 E－E의 실선 개소에 따른 단면도로 나타낸 것이다.

도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 마이크로 미러 소자(200)의 제조에 있어서는 우선 As 등의 n형의 불순물을 도핑함으로써 도전성을 부여한 실리콘 웨이퍼(200')를 2매 준비하고, 각 웨이퍼(200') 상에 열산화법에 의해 표면에 500㎚의 이산화 규소막(260)을 성장시킨다. 웨이퍼의 저항률은 0.01∼0.1Ω·cm의 범위로 하는 것이 바람직하다. 그리고, 웨이퍼의 도전성 부여시에는 B 등의 p형의 불순물을 이용해도 좋다.

다음에, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이, 이산화 규소막(260)끼리를 맞추어 1100℃ 정도의 질소 어닐 처리를 행함으로써, 2매의 웨이퍼(200')를 적층시킨다. 그 후, 웨이퍼 표면을 연마하여 웨이퍼(200')의 두께를 각각 100㎛로 조정한 다. 그렇게 하면, Si／SiO₂／Si의 구성에 의해, 100㎛／1㎛／100㎛의 두께 구조를 갖는 SOI(Silicon on Insulator) 웨이퍼(201')를 얻을 수 있다.

다음에, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, SOI 웨이퍼(201') 상면에 에칭 마스크로서의 이산화 규소막(30')을 성막한다. 막두께는 100∼1000㎚의 범위로 한다. 이 때, 하면에도 이산화 규소막을 성막해도 좋다. 단, 에칭 마스크의 성막에 있어서는 후에 실행하는 Deep RIE법에 의한 Si 에칭시에 마스크재로서 기능할 수 있는 성막 재료, 즉 Si보다 에칭 속도가 느린 성막 재료이면, SiO₂에 한정하지 않고 다른 재료를 사용해도 좋다. 성막 수단으로서는 열산화법을 채용해도 좋고, CVD법을 채용해도 좋다.

다음에, 도 5의 (d)에 나타내는 바와 같이, 이산화 규소막(30')을 에칭 하여, 제 1 마스크 패턴(30)을 형성한다. 이 에칭에는 도 7의 (a)에 나타내는 구성의 제 1 마스크(40)를 사용하다. 제 1 마스크(40)는 마이크로 미러 소자(200)에 있어서의 미러 형성부(210), 한 쌍의 제 1 빗살 전극(210a, 210b), 내측 프레임 주부(221), 한 쌍의 제 3 빗살 전극(221a, 221b), 및 제 1 외측 프레임부(231)의 평면에서 본 형상에 상당한다. 따라서, 제 1 마스크 패턴(30)은 SOI 웨이퍼(201') 상에 있어서, 제 1 마스크(40)와 동일한 형상으로 형성된다. 그리고, 이 에칭은 HF를 함유하는 용액에 의한 웨트(습식) 에칭법에 의해 실행해도 좋고, CHF₃이나 C₄F₈ 등의 가스에 의한 드라이(건식) 에칭법에 의해 실행해도 좋다.

다음에, SOI 웨이퍼(201') 상에 막두께 0.5∼50㎛의 범위로 제 2 에칭 마스 크로서의 포토레지스트막을 성막한다. 단, 제 2 에칭 마스크로서는 포토레지스트막 대신에, Si₃N₄막을 성막해도 좋다. 성막 수단으로서는 열산화법을 채용해도 좋고, CVD법을 채용해도 좋다. 그리고, 이것을 에칭하여, 도 5의 (e)에 나타내는 바와 같이 제 2 마스크 패턴(50)을 형성한다. 이 에칭에는 도 7의 (b)에 나타내는 구성의 제 2 마스크(60)를 이용한다. 제 2 마스크(60)는 마이크로 미러 소자(200)에 있어서의 한 쌍의 비틀림 연결부(240) 내지 합계 4개의 토션 바(241), 한 쌍의 토션 바(251) 및 지지 빔(270)의 평면에서 본 형상에 상당한다. 따라서, 제 2 마스크 패턴(50)도 제 2 마스크(60)와 동일한 형상으로 된다. 여기서 지지 빔이라 함은 마이크로 미러 소자의 제조 공정 중의 기계적 스트레스를 비틀림 연결부에 집중시키는 것을 방지하기 위해 설치되어, 후 공정에 있어서 절단 제거되는 일시적인 연결부이다. 본 실시예에 있어서는 내측 프레임(220)과 미러 형성부(210)를 연결하는 4개의 지지 빔(270) 및 외측 프레임(230)과 내측 프레임(220)을 연결하는 4개의 지지 빔(270)이 설치된다. 그리고, 이 에칭은 포토 에칭 대신에, 가능하다면 HF를 함유하는 용액에 의한 습식 에칭법에 의해 실행해도 좋고, CHF₃이나 C₄F₈ 등의 가스에 의한 드라이 에칭법에 의해 실행해도 좋지만, 제 1 마스크 패턴(30)을 에칭하지 않는 조건에서 실행한다.

다음에, 도 5의 (f)에 나타내는 바와 같이, 제 1 마스크 패턴(30) 및 제 2 마스크 패턴(50)을 마스크로 하여, 웨이퍼(201')에 대하여 제 1 에칭 처리를 실행한다. 이 에칭은 SF₆ 가스 및 C₄F₈ 가스를 이용한 Deep RIE법에 의해, 원하는 깊 이, 5㎛까지 실행한다. 단, Deep RIE법 대신에 KOH 용액 등에 의한 습식 에칭법을 채용해도 좋다.

다음에, 도 5의 (g)에 나타내는 바와 같이, 제 2 마스크 패턴(50)만을 유기 용제 혹은 산소 플라즈마에 노출시켜 제거한다. 이 때의 유기 용제로서는 제 2 마스크 패턴(50)의 구성 재료에 따라, 예를 들면, 트리프로필렌글리콜메틸에테르, 아미노에틸에탄올아민, 인산수용액 및 모노에탄올아민과 디메틸술포키시드의 혼합액 등을 사용할 수 있다. 단, 제 1 마스크 패턴(30)을 유의로 제거하지 않는 용제를 선택할 필요가 있다. 예를 들면, SiO₂에 의해 제 1 마스크 패턴(30)을 구성하고, Si₃N₄에 의해 제 2 마스크 패턴(50)을 구성한 경우에는 인산 수용액에 의해서 제 1 마스크 패턴(30)을 구성하고, 제 2 마스크 패턴(50)만을 선택적으로 제거할 수 있다.

다음에, 도 5의 (h)에 나타내는 바와 같이, 제 1 마스크 패턴(30)만을 마스크로 하여 제 2 에칭 처리를 실행한다. 제 2 에칭 처리는 SF₆ 가스 및 C₄F₈ 가스를 이용한 Deep RIE법에 의해, 웨이퍼를 구성하는 재료의 표면으로부터 95㎛의 깊이까지 실행한다. 필요하다면, 제조 과정 오차를 흡수하기 위해서, 또 깊이 1㎛의 오버 에칭을 실행한다.

이상의 공정에 의해, 절연층(260) 상위에 마이크로 미러 소자(200)에 있어서의 미러 형성부(210), 한 쌍의 제 1 빗살 전극(210a, 210b), 내측 프레임 주부(221), 한 쌍의 제 3 빗살 전극(221a, 221b), 제 1 외측 프레임부(231), 한 쌍 의 비틀림 연결부(240) 내지 합계 4개의 토션 바(241), 한 쌍의 토션 바(251) 및 합계 8개의 지지 빔(270)이 형성된다. 그리고, 본 실시예와 같이 제 2 에칭 처리를 Deep RIE법에 의해 실행하면, 도 5의 (h)에 나타내는 바와 같이 토션 바(241) 및 토션 바(251)의 연결부 내지 기단부는 두께가 균일하지 않아, 곡률을 갖는 형상으로 된다.

다음에, 이후의 공정에 있어서 절연층(260)의 상위의 구조가 파손되는 것을 방지하도록 액상 유리를 도포하고, 이것을 어닐함으로써, 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이 희생막(70)을 형성한다. 단, 이러한 보호 수단 대신에 AZ나 TSCR 등의 레지스트 재료를 도포 형성해도 좋고, 자외선 경화형 접착 필름 시트 등과 같은 접착력을 제어할 수 있는 필름을 접착함으로써 보호해도 좋다.

희생막(70)을 형성한 후, 도 5를 참조하여 설명한 것과 대략 마찬가지의 방법에 의해 절연층(260)의 하위를 가공한다. 우선, 웨이퍼(201')의 하면에 대하여 제 3 에칭 마스크로서의 이산화 규소막을 100∼1000㎚의 범위의 막두께로 성막하고, 이것을 에칭하여 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이 제 3 마스크 패턴(31)을 성막한다. 이 에칭에는 도 8의 (a)에 나타내는 구성의 제 3 마스크(41)를 이용하다. 제 3 마스크(41)는 마이크로 미러 소자(200)에 있어서의 한 쌍의 전극 베이스(222), 제 2 빗살 전극(222a, 222b), 제 1∼4 아일랜드(233, 234, 235, 236)를 포함하는 제 2 외측 프레임부(232) 및 제 4 빗살 전극(232a, 232b)의 평면에서 본 형태에 대응한다. 따라서, 제 3의 마스크 패턴(31)도 제 3 마스크와 도일한 형상으로 된다.

다음에, 웨이퍼(201')상에 막두께 0.5∼50㎛의 범위로 제 4 에칭 마스크로서의 포토레지스트막을 성막하고, 제 3 마스크 패턴(31)을 제거하지 않는 조건에서 이것을 에칭하여, 마찬가지로 도 6의 (b)에 나타내는 바와 같이 제 4 마스크 패턴(51)을 형성한다. 이 에칭에는 도 8의 (b)에 나타내는 구성의 제 4 마스크(61)를 이용한다. 제 4 마스크(61)는 합계 4개의 토션 바(252)의 평면에서 본 형상에 상당한다. 따라서, 제 4 마스크 패턴(51)도 제 4 마스크(61)와 동일한 형상으로 된다.

다음에, 도 6의 (c)에 나타내는 바와 같이, 제 3 마스크 패턴(31) 및 제 4 마스크 패턴(51)을 마스크로 하여 웨이퍼(201')에 대하여 제 1 에칭 처리를 실행한다. 이 에칭은 SF₆ 가스 및 C₄F₈ 가스를 이용한 Deep RIE법에 의해, 원하는 깊이 5㎛까지 실행한다. 단, Deep RIE법 대신에 KOH 용액 등에 의한 습식 에칭법을 채용해도 좋다.

다음에, 제 4 마스크 패턴(51)만을 유기 용제 혹은 산소 플라즈마에 노출시켜 제거한 후, 도 6의 (d)에 나타내는 바와 같이 제 3 마스크 패턴(31)만을 마스크로 하여 제 2 에칭 처리를 실행한다. 제 2 에칭 처리는 SF₆ 가스 및 C₄F₈ 가스를 이용한 Deep RIE법에 의해 웨이퍼를 구성하는 재료의 표면으로부터 95㎛의 깊이까지 실행한다. 필요하다면, 제조 과정 오차를 흡수하기 위해, 또 깊이 1㎛의 오버 에칭을 실행한다.

이상의 공정에 의해, 절연층(260)의 하위에 있어서, 마이크로 미러 소자(200)에 있어서의 한 쌍의 전극 베이스(222), 제 2 빗살 전극(222a, 222b), 제 2 외측 프레임부(232), 제 4 빗살 전극(232a, 232b) 및 4개의 토션 바(252)가 형성된다. 그리고, 본 실시예와 같이 제 2 에칭 처리를 Deep RIE법에 의해 실행하면, 토션 바(252)의 기단부는 두께가 균일하지 않아, 곡률을 갖는 형상으로 된다.

다음에, 도 6의 (e)에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼(201') 표면의 제 1 마스크 패턴(30) 및 제 3 마스크 패턴(31)과 소정 개소의 절연층(260)을 습식 에칭법 등에 의해 제거한 후, 웨이퍼에서 칩으로 절단함으로써, 지지 빔(270)을 수반한 마이크로 미러 소자(200)를 완성시킨다. 지지 빔(270)은 이 후의 적절한 단계에서 제거된다. 제거시에는 지지 빔(270)에 대하여 레이저에 의해서 용단(溶斷)·블로우해도 좋고, 전류를 흐르게 하여 줄열에 의해 용단해도 좋다.

미러 형성부(210)의 미러면(211)은 이상의 일련의 공정의 전에 미러 형성부(210)가 형성되는 개소에 있어서 소정 형상으로 형성한다. 단, 본 실시예에 관해서는 미러면(211)의 형성 공정은 도시하지 않는다. 미러면(210)의 형성에 있어서는 미러 형성부(210) 내지 그 형성 예정 개소에, 예를 들면, 티탄을 50㎚ 성막한 후, 그 위에 금을 500㎚ 성막하고, 이들을 에칭한다. 이와 같은 구성에 의하면, 미러면(211)은 광학 반사막으로서 기능할 뿐만 아니라, 웨이퍼 재료와의 도통을 취하는 것이 가능해져, 필요한 경우에는 본딩 와이어 접속할 수 있게 된다.

이상의 실시예에서는 기판 재료에 대하여 가교부를 남기면서 공극부를 형성하는 수단으로서, 제 1 및 제 2 마스크 패턴을 마스크로 하는 제 1 에칭 처리에 의해, 최종적으로 성형되는 가교부의 두께에 대략 상당하는 깊이까지 기판 구성 재료 를 제거하고, 그 후, 제 1 마스크 패턴만을 마스크로 하는 제 2 에칭 처리에 의해, 2개의 부재가 가교부에 의해서만 연결되도록 기판 구성 재료를 제거함으로써, 가교부와 공극부를 동시에 완성시키는 방법을 채용하고 있다. 단, 본 발명에서는 이것 대신에, 제 1 에칭 처리에 의해 기판에 있어서 제 1 및 제 2 마스크 패턴이 마스킹되어 있지 않은 개소의 기판 구성 재료를 모두 제거함으로써 우선 공극부를 형성하고, 제 2 에칭 처리에 의해 상기 가교부가 성형될 때까지 기판 구성 재료를 제거함으로써 가교부를 완성시키는 방법을 채용해도 좋다.

도 9의 (a)∼(i)는 본 발명에 따른 다른 비틀림 연결부의 평면도(좌측) 및 단면도(우측)이다. 각 비틀림 연결부는 제 1 실시예에 있어서 비틀림 연결부(112) 대신에 설치되는 경우에는 그 평면도에 있어서 그의 좌단에서 미러 형성부(111)와 접속하고, 그의 우단에서 프레임(113)과 접속한다. 한편, 제 2 실시예에 있어서 비틀림 연결부(240) 대신에 설치되는 경우에는 그의 좌단에서 미러 형성부(210)와 접속하고, 그의 우단에서 내측 프레임(220)과 접속한다. 그리고, 제 2 실시예에 있어서 비틀림 연결부(250) 대신에 설치되는 경우에는 그의 좌단에서 내측 프레임(220)과 접속하고, 그의 우단에서 외측 프레임(230)과 접속한다.

도 9의 (a)에 나타내는 비틀림 연결부(310)는 1개의 토션 바로 이루어지고, 그 폭은 좌단에서 우단에 걸쳐 서서히 좁아지고 있다. 좌단의 가장 넓은 부분의 폭은 30∼300㎛이며, 우단의 가장 좁은 부분의 폭은 1∼30㎛이다.

도 9의 (b)에 나타내는 비틀림 연결부(320)는 1개의 토션 바로 이루어지고, 좌단으로부터 멀어짐에 따라 서서히 폭이 좁게 되는 부위와, 좌단으로부터 멀어짐 에 따라 서서히 광폭으로 되는 부위를 갖는다. 좌단 및 우단의 가장 넓은 부분의 폭은 30∼300㎛이며, 중앙의 가장 좁은 부분의 폭은 1∼30㎛이다.

도 9의 (c)에 나타내는 비틀림 연결부(330)는 2개의 토션 바(331, 332)로 이루어진다. 2개의 토션 바(331, 332)에 의해서 규정되는 비틀림 연결부(330)의 폭은 좌단에서 우단에 걸쳐 서서히 좁아지고 있다. 좌단의 가장 넓은 부분의 폭은 30∼300㎛이며, 우단의 가장 좁은 부분의 폭은 1∼30㎛이다. 토션 바(331, 332)는 마이크로 미러 소자의 두께 방향에 있어서 위치 어긋나 있다. 예를 들면, 상술한 제 2 실시예의 마이크로 미러 소자(200)에 있어서, 비틀림 연결부(250) 대신에 비틀림 연결부(330)를 설치하는 경우, 토션 바(331)는 내측 프레임 주부(221)와 제 1 외측 프레임부(231)를 연결하고, 토션 바(332)는 전극 베이스(222)와 제 2 외측 프레임부(232)를 연결한다.

도 9의 (d)에 나타내는 비틀림 연결부(340)는 X자 형상의 분지 구조를 갖는 1개의 토션 바로 이루어지고, 좌단으로부터 멀어짐에 따라 서서히 폭이 좁게 되는 부위와, 좌단으로부터 멀어짐에 따라 서서히 광폭으로 되는 부위를 갖는다. 좌단 및 우단의 가장 넓은 부분의 폭은 30∼300㎛이며, 중앙의 가장 좁은 부분의 폭은 1∼30㎛이다.

도 9의 (e)에 나타내는 비틀림 연결부(350)는 3개의 토션 바(351, 352, 353)로 이루어진다. 양단에 위치하는 토션 바(351, 353)에 의해서 규정되는 비틀림 연결부(350)의 폭은 좌단에서 우단에 걸쳐 서서히 좁아지고 있다. 좌단의 가장 넓은 부분의 폭은 30∼300㎛이며, 우단의 가장 좁은 부분의 폭은 1∼30㎛이다.

도 9의 (f)에 나타내는 비틀림 연결부(360)는 2개의 토션 바(361, 362)로 이루어진다. 2개의 토션 바(361, 362)에 의해서 규정되는 비틀림 연결부(360)의 폭은 좌단에서 우단에 걸쳐 서서히 좁아지고 있다. 토션 바(361, 362)의 양 기단부는 곡률을 갖고 폭방향으로 넓어지고 있다.

도 9의 (g)에 나타내는 비틀림 연결부(370)는 2개의 토션 바(371, 372)로 이루어진다. 2개의 토션 바(371, 372)에 의해서 규정되는 비틀림 연결부(370)의 폭은 좌단에서 우단에 걸쳐 서서히 좁아지고 있다. 좌단의 가장 넓은 부분의 폭은 30∼300㎛이며, 우단의 가장 좁은 부분의 폭은 1∼30㎛이다. 토션 바(371, 372)는 중공 구조를 갖는다.

도 9의 (h)에 나타내는 비틀림 연결부(380)는 2개의 토션 바(381, 382)로 이루어진다. 2개의 토션 바(381, 382)에 의해서 규정되는 비틀림 연결부(380)의 폭은 좌단에서 우단에 걸쳐 서서히 좁아지고 있다. 좌단의 가장 넓은 부분의 폭은 30∼300㎛이며, 우단의 가장 좁은 부분의 폭은 1∼30㎛이다. 토션 바(381, 382)는 균일한 타원 단면을 갖는다.

도 9의 (i)에 나타내는 비틀림 연결부(390)는 Y자 형상의 분지 구조를 갖는 1개의 토션 바로 이루어지고, 좌단으로부터 멀어짐에 따라 서서히 폭이 좁게 되는 부위와, 균일한 폭을 갖는 부위를 갖는다. 좌단의 가장 넓은 부분의 폭은 30∼300㎛이며, 균일한 폭을 갖는 부위의 폭은 1∼30㎛이다.

본 발명에 의하면, 비틀림 연결부가 미러 형성부 또는 내측 프레임에 접속되 는 상대적으로 광폭인 부위와 이 광폭 부위에서부터 서서히 좁아지는 부위를 가짐으로써, 비틀림 연결부에 있어서 원하는 낮은 비틀림 저항을 설정함과 동시에, 미러 형성부가 미러면의 법선 둘레를 회전하는 것을 억제할 수 있다. 그 결과, 마이크로 미러 소자를 양호하게 제어하는 것이 가능해진다.

Claims

프레임과,

미러 평면을 갖는 미러 형성부와,

상기 프레임 및 상기 미러 형성부를 연결하도록 연장함과 동시에 상기 미러 형성부를 상기 프레임에 대하여 회전시키기 위한 회전 축심을 규정하고, 또한 상기 미러 평면에 대하여 평행하고 상기 회전 축심에 대하여 횡단방향으로 폭을 갖는 비틀림 연결부를 구비하고,

상기 비틀림 연결부의 폭은 상기 미러 형성부에 접속되는 부분에서는 상대적으로 넓고, 상기 프레임에 이를 때까지의 적어도 도중까지는 상기 미러 형성부로부터 멀어짐에 따라 서서히 좁아지는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.
삭제
삭제
내측 프레임 및 외측 프레임과,

미러 평면을 갖는 미러 형성부와,

상기 내측 프레임 및 상기 미러 형성부를 연결하도록 연장하는 내측 비틀림 연결부와,

상기 내측 프레임 및 상기 외측 프레임을 연결하도록 연장함과 동시에 상기 내측 프레임 및 상기 미러 형성부를 상기 외측 프레임에 대하여 회전시키기 위한 회전 축심을 규정하고, 또한 상기 미러 평면에 대하여 평행하고 상기 회전 축심에 대하여 횡단방향으로 폭을 갖는 외측 비틀림 연결부를 구비하고,

상기 외측 비틀림 연결부의 폭은 상기 내측 프레임에 접속되는 부분에서는 상대적으로 넓고, 상기 외측 프레임에 이를 때까지의 적어도 도중까지는 상기 내측 프레임으로부터 멀어짐에 따라 서서히 좁아지는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 각 비틀림 연결부는 복수의 토션 바를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.
제 5 항에 있어서,

상기 각 비틀림 연결부에 포함되는 상기 복수의 토션 바는 다른 2종류 이상의 전위 전달 경로로 전기적 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 각 비틀림 연결부의 폭은 대응하는 각 프레임에 이를 때까지 계속 점감(漸減)하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 각 비틀림 연결부의 폭은 도중까지 점감한 이후에는 대응하는 각 프레임에 이를 때까지 점증(漸增)하는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.
삭제
삭제
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 각 비틀림 연결부 또는 상기 토션 바는 분지 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 각 비틀림 연결부 또는 상기 토션 바는 제 1 기단부 및 이 제 1 기단부와는 반대의 제 2 기단부를 갖고, 상기 제 1 기단부 및/또는 상기 제 2 기단부는 곡률을 갖고 넓어지고 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 미러 형성부는 제 1 빗살 전극부를 갖고, 상기 프레임 또는 상기 내측 프레임은 상기 제 1 빗살 전극부 사이에 정전력을 발생시킴으로써 상기 미러 형성부를 변위시키기 위한 제 2 빗살 전극부를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.
삭제
삭제
삭제
삭제
제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,

상기 각 프레임의 적어도 일부는 복수의 도체층과 이 도체층 간의 절연층으로 이루어지는 다층 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로 미러 소자.