KR100710205B1 - 디지털 마이크로-미러 소자 - Google Patents

디지털 마이크로-미러 소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 콘트라스트를 향상시킬 수 있도록 한 디지털 마이크로-미러 소자에 관한 것이다.
본 발명에 따른 디지털 마이크로-미러 소자는 0.6±0.06㎛의 선폭과 600±25Å의 두께를 가지도록 형성된 제 1 금속배선과, 상기 제 1 금속배선과 동일한 선폭과 두께를 가지도록 형성된 제 2 금속배선과, 0.8±0.1㎛의 선폭과 600±25Å의 두께를 가지도록 형성된 제 3 금속배선과, 상기 제 1 내지 제 3 금속배선에 인가되는 전압에 따라 회전하여 입사되는 빛을 반사시키는 미러를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하여 본 발명은 제 3 금속배선의 폭을 0.8±0.1㎛로 형성함과 아울러 아크 홀의 두께를 700±35Å로 형성함으로써 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
DLP, 미러, 금속배선, 콘트라스트

Description

디지털 마이크로-미러 소자{DIGITAL MICRO-MIRROR DEVICE}
도 1은 일반적인 디지털 마이크로-미러 소자의 서브픽셀을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 일반적인 디지털 마이크로-미러 소자의 서브픽셀을 촬영한 사진.
도 3은 일반적인 디지털 마이크로-미러 소자의 오프 스테이트 상태를 정면에서 바라본 이미지 사진.
도 4는 일반적인 디지털 마이크로-미러 소자에서 아크 홀(Arc Hole)의 형성후 마이크로 스코프를 이용한 정면 사진.
도 5는 도 2에 도시된 서브 픽셀의 레이 아웃도.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자에 있어서, 제 3 금속배선의 선폭 스플리트에 따른 콘트라스트를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자에 있어서, 제 3 금속배선의 두께 스플리트에 따른 콘트라스트를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자에 있어서, 제 3 금속배선의 선폭 스플리트에 따른 콘트라스트를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자에 있어서, 아크 홀의 두께 스플리트에 따른 콘트라스트를 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자에 있어서, 제 2 금속배선의 두께와 증착 온도에 따른 콘트라스트를 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자에 있어서, 제 3 금속배선의 두께에 따른 콘트라스트를 나타낸 그래프.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자에 있어서, 제 3 금속배선의 두께 스플리트에 따른 반사도를 나타낸 그래프.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자에 있어서, 아크 홀의 두께 스플리트에 따른 반사도를 나타낸 그래프.
도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자에 있어서, 최적화된 조건 및 온도에 의한 각 로트별 콘트라스트를 나타낸 그래프.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 반도체 기판 20 : 미러
30 : 절연층 40 : 바이어스/리셋 전극
50 : 힌지 서포터 60 : 힌지
70 : 요크 80 : 요크 어드레스 전극
90 : 미러 어드레스 전극
본 발명은 디지털 마이크로-미러 소자에 관한 것으로, 특히 콘트라스트를 향 상시킬 수 있도록 한 디지털 마이크로-미러 소자에 관한 것이다.
퍼스널 컴퓨터(personal computer)와 함께 발전해 온 표시 수단(Presentation Tool)은 브라운관(cathode-ray tube)을 시작으로 하여 액정, 미러형 등으로 발전해 왔다. 특히, 디지털 방송관련 기술기기의 수요가 증대하면서 고해상도를 실현할 수 잇는 디지털 라이트 프로세싱(Digital Light Processing; DLP) 기술이 부각되고 있다. 특히, 디지털 마이크로-미러 소자(Digital Micro-mirror Device; DMD)는 디지털 라이트 프로세싱 시스템에서 사용되며, 미세한 거울을 +10 내지 -10도로 변화시켜 광의 반사각도를 2가지 모드로 변환시키는 작용을 하는 일종의 광 스위치 디스플레이 소자이다. 광의 세기는 특정한 각도로 광을 보내 주는 시간을 가지고 조절하도록 되어 있다.
이러한, 디지털 마이크로-미러 소자는 반도체 공정을 이용하여 수십만 ∼ 수백만개의 마이크로 미러 어레이를 형성시킨 소자로써 각 미러에 인가되는 전압으로 미러의 각도를 제어하여 각 픽셀의 영상 정보를 제어한다.
도 1은 일반적인 디지털 마이크로-미러 소자의 서브픽셀을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 일반적인 디지털 마이크로-미러 소자의 서브픽셀을 촬영한 사진이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일반적인 디지털 마이크로-미러 소자의 서브픽셀은 씨모스 어드레스 회로기판(10), 절연층(30), 바이어스/리셋 전극(40), 요크(Yoke) 어드레스 전극(80), 제 1 스페이서(42), 힌지 서포터(Hinge Supporter)(50), 힌지(60), 요크(70), 미러 서포터 포스트(22), 미러(20), 제 2 스 페이서(82) 및 미러 어드레스 전극(90)을 구비한다.
바이어스/리셋 전극(40)은 절연층(30) 상에 형성되는 요크 어드레스 전극(80)을 감싸도록 각 서브 픽셀의 제 1 대각선 방향 모서리부에 형성된다. 이때, 대각선 방향으로 마주보도록 형성된 바이어스/리셋 전극(40)은 요크 어드레스 전극(80)을 사이를 지나 서로 전기적으로 접속된다. 이러한, 바이어스/리셋 전극(40)은 외부로부터 바이어스/리셋 전압이 인가된다.
요크 어드레스 전극(80)은 요크(70)와 마주보도록 각 서브 픽셀의 제 2 대각선 방향 모서리부에 형성된다. 이러한, 요크 어드레스 전극(80)은 절연층(30)에 형성된 비아홀을 통해 씨모스 어드레스 회로기판(10)에 전기적으로 접속되어 어드레스 전압이 인가된다.
제 1 스페이서(42)는 바이어스/리셋 전극(40) 상에 대각선 방향으로 이격되어 마주보도록 형성되어 힌지 서포터(50)를 지지함과 아울러 바이어스/리셋 전극(40)과 힌지 서포터(50)를 일정간격 이격되도록 한다.
힌지 서포터(50)는 제 1 스페이서(42) 상에 바이어스/리셋 전극(40)과 마주보도록 삼각형태로 형성된다.
힌지(60)는 대각선 방향으로 형성된 힌지 서포터(50) 간에 회전가능하도록 연결된다.
요크(70)는 힌지(60) 상에 "H"자 형태로 형성되어 요크 어드레스 전극(80)에 인가되는 어드레스 전압에 따라 +10 내지 -10도로 기울어지게 된다. 이러한 요크(70)의 각 모서리부에는 스프링 역할을 하는 요크 랜딩 팁(72)이 형성된다.
미러 서포터 포스트(22)는 요크(70)의 중심부에 형성되어 미러(20)를 지지함과 아울러 요크(70)와 미러(20)를 일정간격 이격되도록 한다.
제 2 스페이서(82)는 요크 어드레스 전극(80) 상에 대각선 방향으로 이격되어 마주보도록 형성되어 미러 어드레스 전극(90)을 지지함과 아울러 요크 어드레스 전극(80)과 미러 어드레스 전극(90)를 일정간격 이격되도록 한다.
미러 어드레스 전극(90)은 제 2 스페이서(82) 상에 요크 어드레스 전극(80)과 마주보도록 삼각형태로 형성된다. 이러한, 미러 어드레스 전극(90)은 제 2 스페이서(82)에 형성된 비아홀을 통해 요크 어드레스 전극(80)과 전기적으로 접속된다.
미러(20)는 미러 서포터 포스트(22) 상에 형성되어 입사되는 광을 반사시키게 된다.
이러한, 일반적인 디지털 마이크로-미러 소자의 구동방법을 설명하면 다음과 같다.
우선, 미러(20)는 온 스테이트(On State) 또는 오프 스테이트(Off State)에 따라 일정 각도로 기울어지게 된다. 즉, 요크 어드레스 전극(70) 및 미러 어드레스 전극(90)에 인가되는 전압에 따라 미러(20)가 기울어져 움직이게 된다. 이때, 온 스테이트는 도시하지 않은 광원으로부터 일정 각도로 입사되는 빛이 미러(20)에 의해 반사되어져 도시하지 않은 투사렌즈에 입사될 수 있도록 미러(20)가 기울어진 상태를 의미한다. 그리고, 오프 스테이트는 광원으로부터 일정 각도로 입사되는 빛과 미러(20)가 서로 마주보지 않게 기울어져서 빛을 투사렌즈의 방향이 아닌 다 른 방향으로 반사되도록 기울어진 상태를 의미한다.
이러한 일반적인 디지털 마이크로-미러 소자의 콘트라스트를 높이기 위해서는 오프 스테이프에서의 콘트라스트를 줄이는 것이 매우 중요한다. 즉, 오프 스테이트에서 미러(20)의 배면에 형성된 금속배선에 의한 빛의 반사량에 의해 콘트라스트가 감소되기 때문이다.
도 3은 일반적인 디지털 마이크로-미러 소자의 오프 스테이트 상태를 정면에서 바라본 이미지 사진이다.
도 3에서 좌측 사진은 양품(Good) 상태이고, 우측 사진은 불량(Bad) 상태를 나타낸다. 이러한, 도 3에서 흰색 점(White Spot)의 마름모 모양이 사방으로 퍼져 있으며, 이 마름모는 하나의 픽셀을 의미한다. 그리고, 마름모 모양의 꼭지 점, 사각형의 4변 그리고 중앙 점으로 나타나는 흰색 점은 광원으로부터 입사된 빛이 미러(20)에 의해 반사되어 나오는 빛을 의미한다. 또한 마름모의 꼭지 점들과 4변은 인접 픽셀의 미러(20) 사이의 틈으로 반사된 빛으로, 미러(20)의 배면에 형성된 금속배선에 의한 것이고, 중앙 점은 미러(20) 자체에서 반사되어 나오는 빛이다. 특히, 우측 사진에서는 마름모 4변과 꼭지 점에서의 반사되는 빛의 양이 양품 사진보다 많다는 것을 알 수 있다.
도 4는 일반적인 디지털 마이크로-미러 소자에서 아크 홀(Arc Hole)의 형성후 마이크로 스코프를 이용한 정면 사진이다.
도 4에서 동그라미 점선 표시는 도 3의 흰색 점을 나타내고, 파란색은 제 3 금속배선을 나타내고, 노란색은 제 3 금속배선 아래에 형성되는 제 1 및 제 2 금속배선을 나타낸다.
도 4에서 보는 바와 같이 도 3의 흰색 점은 노란색 영역에 일치함을 알 수 있다.
도 5는 도 2에 도시된 서브 픽셀의 레이 아웃도이다.
도 5에서 보는 바와 같이 흰색 점 영역이 제 1 및 제 2 금속배선으로 이루어져 있고, 오프 스테이트에서 제 1 및 제 2 금속배선에서 반사된 빛이 인접한 미러(20)의 틈(A)을 통해서 반사된다는 것을 알 수 있다.
따라서, 오프 스테이트의 콘트라스트를 감소시키는 주요 벡터는 제 1 및 제 2 금속배선에 의해서 반사되는 빛이 됨을 알 수 있다.
결과적으로, 일반적인 디지털 마이크로-미러 소자는 미러(20)의 배면에 형성된 금속배선에 의해 인접한 픽셀의 미러(20) 틈새로 반사되는 빛에 의해 콘트라스트가 감소하는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 콘트라스트를 향상시킬 수 있도록 한 디지털 마이크로-미러 소자를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자는 0.6±0.06㎛의 선폭과 600±25Å의 두께를 가지도록 형성된 제 1 금속배선과, 상기 제 1 금속배선과 동일한 선폭과 두께를 가지도록 형성된 제 2 금속배선과, 0.8±0.1㎛의 선폭과 600±25Å의 두께를 가지도록 형성된 제 3 금속배선과, 상기 제 1 내지 제 3 금속배선에 인가되는 전압에 따라 회전하여 입사되는 빛을 반사시키는 미러를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 디지털 마이크로-미러 소자는 상기 제 1 및 제 2 금속배선 사이에 10500±800Å의 두께를 가지도록 형성된 제 1 층간 절연막과, 상기 제 2 및 제 3 금속배선 사이에 10500±800Å의 두께를 가지도록 형성된 제 2 층간 절연막을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 디지털 마이크로-미러 소자는 상기 제 1 내지 제 3 금속배선 각각의 전기적인 접속을 위해 700±35Å의 두께를 가지도록 형성된 아크 홀을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
이하 발명의 바람직한 실시 예에 따른 구성 및 작용을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자는 0.6±0.06㎛의 선폭과 600±25Å의 두께를 가지도록 형성된 제 1 금속배선과, 제 1 금속배선과 동일한 선폭과 두께를 가지도록 형성된 제 2 금속배선과, 0.8±0.1㎛의 선폭과 600±25Å의 두께를 가지도록 형성된 제 3 금속배선과, 제 1 내지 제 3 금속배선에 인가되는 바이어스 전압에 따라 회전하여 입사되는 빛을 반사시키는 미러를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자는 제 1 및 제 2 금속배선 사이에 형성된 제 1 층간 절연막과, 제 2 금속배선 상에 형성된 제 2 층 간 절연막을 더 구비한다.
제 1 및 제 2 층간 절연막 각각은 10500±800Å의 두께를 가지도록 형성된다.
이와 같은, 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자에서 각 층별 두께, 폭 및 공간을 분석하면 아래의 표 1과 같다.
층류 분석 SPEC 1st 분석 2nd 분석
센터 평균 에지 평균 센터-에지 GOOD BAD GOOD-BAD
Arc Hole 두께(Å) 650 698.5 651 47.5 531 558 -27.5
제 3 금속배선 두께(Å) 600 841 786 55 759 823 -64
폭(㎛) 1.14 1.31 1.29 0.02 1.235 1.18 0.06
공간(㎛) 1.47 1.255 1.28 -0.03 1.265 1.335 -0.07
제 2 층간절연막 HDP 6000 5740 5920 -180 5630 5795 -165
IMD CMP 10000 9690 9250 440 9325 9430 -105
제 2 금속배선 두께(Å) 500 585 585 0.0 713 640 73
폭(㎛) 1.8 2.085 2.05 0.035 2.12 2.055 0.065
공간(㎛) 0.9 0.66 0.697 -0.036 0.65 0.674 -0.024
제 1 층간 절연막 1st IMD-1(Å) 650 804 804 0.0 537 561 -24
SOG(Å) 5700 9935 10250 -315 10200 10300 -100
IMD CMP(Å) 10000 11700 10950 750 11500 10750 750
제 1 금속배선 두께(Å) 500 592.5 563 29.5 659 658 0.5
폭(㎛) 0.9 1.08 1.15 -0.07 1.17 1.15 0.02
공간(㎛) 1.08 0.845 0.872 -0.027 0829 0.858 -0.03
표 1의 1차 분석은 웨이퍼의 센터와 에지간 구조적 차이를 확인하고자 센터와 에지 각각의 2포인트를 분석한 것을 나타낸 것으로, 일반으로 센터의 두께가 에지보다 두꺼운 것을 확인할 수 있으며, 금속배선의 공간은 센터보다 에지가 크다는 것을 확인할 수 있다.
또한, 표 1의 2차 분석은 양품(Good)의 칩과 불량(Bad)의 칩을 센터와 에지 각각의 2포인트를 분석한 것을 나타낸 것으로, 금속배선의 공간은 양품이 불량보다 작았으며, 두께는 양품이 불량보다 작음을 알 수 있다.
다른 한편, 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자의 공정 조건을 분석하면 다음과 같다.
먼저, 제 3 금속배선의 임계치수(CD)는 표 1에서 보는 바와 같이 작을 수록 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 이를 위해, 제 3 금속배선의 선폭을 0.75㎛(비트 라인) 및 0.85㎛ 조건으로 스플리트(Split) 할 경우 콘트라스트는 도 6에 도시된 바와 같이 0.75㎛의 선폭일 때 71%인데 반하여 0.85㎛의 선폭일 때 80%로 9%가 향상된 것을 알 수 있다. 따라서, 제 3 금속배선의 공간이 작아지면 오프 스테이트 상태에서 제 3 금속배선의 배면에 형성된 제 1 또는 제 2 금속배선에 의해 반사되는 빛이 나오는 틈이 줄어들어 빛의 양도 그만큼 줄어들기 때문에 콘트라스트가 향상된다.
표 1의 분석을 토대로 제 3 금속배선의 두께 및 아크 홀과 콘트라스트의 상관성 및 제 3 금속배선의 선폭 변화에 따른 재현성을 분석하면 다음과 같다.
먼저, 제 3 금속배선의 두께 스플리트에 의한 콘트라스트는 도 7에 나타낸 바와 같이 조건간에 유의차가 없으나, 제 3 금속배선의 선폭 스플리트에 의한 콘트라스트는 도 8에 나타낸 바와 같이 74%로 1차 스플리트 결과와 동일하게 종래의 조건일 때의 67%보다 7% 정도 향상된다. 또한, 아크 홀 두께의 스플리트에 의한 콘트라스트는 도 9에 나타낸 바와 같이 74%로 종래의 조건일 때의 67%보다 7% 정도 향상된다.
한편, 제 2 및 제 3 금속배선의 스플리트에서 두께에 따른 재현성 및 알루미늄 증착 온도 효과를 확인하고자 제 2 및 제 3 금속배선의 두께 및 제 2 금속배선의 알루미늄 증착 온도를 스플리트를 실험하였다.
이러한 실험에 의하여 도 10에 나타낸 바와 같이 제 2 및 제 3 금속배선의 두께가 700Å 까지는 콘트라스트가 향상되었으며, 제 2 금속배선의 두께에 따른 콘트라스트 영향이 제 3 금속배선보다 큰 것을 확인하였다.
또한, 도 11에 나타낸 바와 같이 종래의 제 2 금속배선 두께인 600Å보다 두꺼운 700Å로 증가시킨 조건에서 비교하면, 콘트라스트는 종래보다 4%가 향상됨을 알 수 있다.
한편, 제 3 금속배선과 아크 홀의 두께 변화에 따른 반사도를 측정하면 다음과 같다.
제 3 금속배선에 의한 반사도는 도 12에 나타낸 바와 같이 두께가 700Å 까지는 두꺼울수록 작았으며 이때의 값은 0.0051가 된다. 이러한 반사도는 상술한 바와 같이 제 3 금속배선의 두께가 두꺼울수록 콘트라스트가 높은 결과와 일치함을 알 수 있다.
그리고, 아크 홀의 경우는 종래의 조건, 즉 650Å일 때가 가장 낮았으나 상술한 아크 홀의 스플리트 결과에서는 종래의 조건 보다 +100Å 조건일 때 콘트라스트가 향상되었다. 이러한 차이점은 최종 공정인 슈퍼 스트럭쳐(Superstructure) 공정 진행시 아크 홀이 100Å 정도 손실이 발생하기 때문이다. 즉, 아크 홀을 650Å로 형성하면 슈퍼 스트럭쳐 후에는 550Å가 되기 때문에 종래의 조건 보다 +100Å 정도 두껍게 형성해야만 한다. 따라서, 도 13에 나타낸 바와 같이 상술한 아크 홀의 스플리트 결과처럼 종래의 조건보다 +100Å 정도 두꺼운 조건일 때 콘트라스트가 우수 하다는 결과와 아크 홀의 두께가 750Å에서 슈퍼 스트럭쳐 공정 후 650Å가 된다는 것을 고려 한다면 반사도는 650Å 두께에서 가장 작은 0.0048와 일치 함을 알 수 있다.
상술한 바와 같은 스플리트 결과를 통해서 제 3 금속배선의 두께와 선폭 및 아크 홀의 두께가 클수록 콘트라스트가 향상된다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 스플리트 결과와 시뮬레이션을 통하여 아래의 표 2와 같은 최적의 알루미늄의 증착 온도를 종래의 225℃와 300℃로 스플리트 하였다.
층류 최적조건
아크 홀 700±35Å
제 3 금속배선의 선폭(CD) 0.80±0.1㎛
제 3 금속배선의 두께 600±25Å
Post 비아 홀 W CMP 10500±800Å
제 2 층간 절연막 CMP 10500±800Å
제 2 금속배선의 선폭 0.60±0.06㎛
제 2 금속배선의 두께 600±25Å
제 1 층간 절연막 CMP 10500±800Å
제 1 금속배선의 두께 600±25Å
제 1 금속배선의 선폭 0.60±0.06㎛
이러한, 스플리트는 6로트(Lot)에서 진행하였으며, 스플리트 결과에서는 도 14에 나타낸 바와 같이 종래의 증착 온도에서 6로트 평균 콘트라스트는 70%가 되며, 300℃에서는 평균 콘트라스트가 64%가 된다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시 예에 기재된 내용으로 한정하는 것이 아니라 특허 청구 범위에 의해서 정해져야 한다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 디지털 마이크로-미러 소자는 제 3 금속배선의 폭을 0.8±0.1㎛로 형성함과 아울러 아크 홀의 두께를 700±35Å로 형성함으로써 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

Claims (3)

  1. 0.6±0.06㎛의 선폭과 600±25Å의 두께를 가지도록 형성된 제 1 금속배선과,
    상기 제 1 금속배선과 동일한 선폭과 두께를 가지도록 형성된 제 2 금속배선과,
    0.8±0.1㎛의 선폭과 600±25Å의 두께를 가지도록 형성된 제 3 금속배선과,
    상기 제 1 내지 제 3 금속배선에 인가되는 전압에 따라 회전하여 입사되는 빛을 반사시키는 미러를 구비하며,
    상기 제1 및 제2 금속 배선은 상기 제3 금속 배선의 배면에 형성되며, 상기 제1 내지 제3 금속 배선은 상기 미러를 회전시키기 위한 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 디지털 마이크로-미러 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 금속배선 사이에 10500±800Å의 두께를 가지도록 형성된 제 1 층간 절연막과,
    상기 제 2 및 제 3 금속배선 사이에 10500±800Å의 두께를 가지도록 형성된 제 2 층간 절연막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 마이크로-미러 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 금속배선 각각의 전기적인 접속을 위해 700±35Å의 두께를 가지도록 형성된 아크 홀을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 디지털 마이크로-미러 소자.
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