KR100931324B1 - Thin film 2-axis driving mirror for laser display and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 더욱 상세하게는 캔틸레버 빔의 모양을 날개 끝이 뾰족한 마름모, 타원, 다이아몬드 형상 중에서 어느 하나를 채택함으로써, 레이저 빔이 수직축 구동의 캔틸레버 빔 표면으로 45°각도로 입사시 거울 표면에서 타원이 되므로 유효 광 면적을 높이고 공기 저항이 적으며 공진시 댐핑 계수가 적고, 화학적 기계적으로 연마된(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 표면 양면에 짧은 시간 동안 마스크 없이 플라즈마 처리한 실리콘 웨이퍼를 사용함으로써, 기계적으로 회전하여 연마한 자국이 발생한 실리콘 표면에 분자 level의 미소 pore를 형성하여 잔류 응력을 해소하여 주고, 연마 자국이 남아있는 다른 웨이퍼보다도 신뢰성이 있고 견고한 구동거울 특성을 갖으며, 캔틸레버 빔의 전면은 박막으로 형성하고, 코일 도선은 캔틸레버 빔의 후면부에 형성함으로써, 반사 효율 증진을 통해 필팩터(Fill factor)를 높여 광 효율이 향상시킬 수 있고, 구동 시 수평축 구동의 캔틸레버 빔 후면에 얇은 립 형태를 이룸으로써, 구동시 평탄도는 물론 안정되고 견고한 신뢰성 있는 구동을 할 수 있으며, 구동거울의 연결부분의 토션 바의 치수와 모양을 변경하고 저마찰력 보호막을 코팅하여 줌으로써, 공진 주파수를 높이고 마찰력을 줄임과 동시에 캔틸레버 빔의 표면을 보호할 수 있는 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a thin-film biaxial driving mirror for a laser display and a method of manufacturing the same. More particularly, the shape of the cantilever beam is adopted in the shape of the cantilever beam by selecting one of a rhombus, an ellipse, and a diamond with a sharp tip. Since it becomes an ellipse at the mirror surface when entering the cantilever beam surface at the driving angle of 45 °, the effective light area is increased, the air resistance is low, the damping coefficient is small when resonance, and both surfaces of the chemical mechanical polishing (CMP) By using a silicon wafer that has been plasma-treated without a mask for a short time, the microscopic pores at the molecular level are formed on the surface of the silicon where the mechanically rotated and polished marks are generated to relieve residual stresses and to be more reliable than other wafers with polishing marks remaining. Cantilever The front surface of the beam is formed of a thin film, and the coil conductor is formed on the rear surface of the cantilever beam, so that the light efficiency can be improved by increasing the fill factor through enhancing the reflection efficiency. By forming a thin lip shape, it is possible to drive not only flatness but also stable and reliable driving, and by changing the dimensions and shape of the torsion bar of the connecting part of the driving mirror and coating a low friction protective film, The present invention relates to a thin-film two-axis driving mirror for laser display and a method of manufacturing the same that can protect the surface of the cantilever beam while increasing friction and reducing friction.
본 발명인 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울은 양면이 화학적 기계 적으로 연마된 후 Plasma 처리를 한 SOI 웨이퍼를 박막 가공하여 형성된 구동거울용 칩과; 상기 구동거울용 칩 내부에 형성되어 있는 수평축 구동의 날개 끝이 뾰족한 마름모형, 다이아몬드형, 또는 타원형인 캔틸레버 빔과; 상기 캔틸레버 빔의 회전축 상에 있고 그 양 끝에 연결된 두 개의 제1 토션 바와; 상기 캔틸레버 빔의 외부에 형성되어 상기 두 개의 제1 토션 바에 의해 연결된 수평축 구동의 캔틸레버 빔과; 상기 수평축 구동의 캔틸레버 빔의 회전축에 있고 그 양 끝에 연결된 두 개의 제2 토션 바와; 상기 두 개의 제2 토션 바에 의해 연결된 구동 거울 칩 기판과; 상기 캔틸레버 빔의 후면부에 위치하여 전류가 흐르도록 형성되어 있는 코일 도선과; 상기 구동거울용 칩을 올려놓아 안착되게 하고 고정부재에 의해 고정할 수 있게 되어 있는 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판과; 상기 구동거울용 칩이 고정된 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판에 의하여 연결되어 지지되는 자기력선 유도 프레임과; 상기 자기력선 유도 프레임 내부에 장착되며 토션 바의 회전축을 기준으로 각각 좌우 대칭이 되도록 극성이 서로 다른 두 쌍이 간격을 두고 마주대하게 하여 자기력선을 유도하는 자석과; 상기 캔틸레버 빔을 포함하는 구동거울용 칩과, 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판과, 자석이 결합되어 있는 자기력선 유도 프레임을 보호하고 지지하는 외장케이스; 를 포함함을 특징으로 한다.Thin film type biaxial drive mirror for laser display according to the present invention comprises: a drive mirror chip formed by thin-film processing an SOI wafer subjected to plasma treatment after both surfaces are chemically and mechanically polished; A cantilever beam having a sharp diamond shape, diamond shape, or ellipse having a sharp blade tip formed in the driving mirror chip; Two first torsion bars on the axis of rotation of the cantilever beam and connected at both ends thereof; A horizontal axis drive cantilever beam formed outside the cantilever beam and connected by the two first torsion bars; Two second torsion bars on the axis of rotation of the horizontal axis drive cantilever beam and connected at both ends thereof; A drive mirror chip substrate connected by the two second torsion bars; A coil lead wire positioned at a rear portion of the cantilever beam and configured to flow a current; A printed circuit board or a ceramic substrate mounted on the driving mirror chip to be seated and fixed by a fixing member; A magnetic field line induction frame connected to and supported by a printed circuit board or a ceramic substrate to which the driving mirror chip is fixed; A magnet mounted inside the magnetic force line induction frame and inducing magnetic force lines by having two pairs having different polarities facing each other at intervals so as to be symmetrical with respect to the rotation axis of the torsion bar; An outer case protecting and supporting a driving mirror chip including the cantilever beam, a printed circuit board or a ceramic substrate, and a magnetic force line induction frame to which a magnet is coupled; Characterized by including.
Description
본 발명은 캔틸레버 빔의 모양을 날개 끝이 뾰족한 마름모, 타원, 다이아몬드 형상 중에서 어느 하나를 채택함으로써, 레이저 빔이 수직축 구동의 캔틸레버 빔 표면으로 45°각도로 입사시 캔틸레버 빔에서 타원이 되므로 유효 광면적을 높이고 공기 저항이 적으며 공진시 댐핑 계수가 적고, 화학적 기계적으로 연마된(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 웨이퍼 표면 양면에 짧은 시간 동안 마스크 없이 플라즈마 처리한 실리콘 박막을 사용함으로써, 기계적으로 회전하여 연마한 자국이 발생한 표면에 분자 level의 미소 pore를 형성하여 잔류 응력을 해소하여 주고, 연마 자국이 남아있는 다른 웨이퍼보다도 신뢰성이 있고 견고한 구동거울 특성을 갖으며, 캔틸레버 빔의 전면은 박막으로 형성하고, 코일 도선은 캔틸레버 빔의 후면부에 형성함으로써, 반사 효율 증진을 통해 필팩터(Fill factor)를 높여 광 효율이 향상시킬 수 있고, 구동 시 수평축 구동의 캔틸레버 빔 후면에 얇은 립 형태를 이룸으로써, 구동 시 평탄도는 물론 안정되고 견고한 신뢰성 있는 구동을 할 수 있으며, 캔틸레버 빔의 연결부분의 토션 바의 치수와 모양을 변경하고 저마 찰력 보호막을 코팅하여 줌으로써, 공진 주파수를 높이고 마찰력을 줄임과 동시에 캔틸레버 빔의 표면을 보호할 수 있는 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울 및 그 제조방법에 관한 기술이다.The present invention adopts any one of the shape of the cantilever beam among the rhombus, ellipse, and diamond shape having a sharp tip, so that the laser beam becomes an ellipse in the cantilever beam when the laser beam is incident at an angle of 45 ° to the surface of the cantilever beam driven by the vertical axis. Mechanically rotated and polished by using a thin film of plasma-treated silicon film for a short time on both surfaces of the chemical mechanical polishing (CMP) wafer with high air resistance, low air resistance and low damping coefficient at resonance. Molecular level micropores are formed on the surface where the marks are generated to relieve residual stresses, and the driving mirrors are more reliable and robust than other wafers with polishing marks.The front surface of the cantilever beam is formed of a thin film and coiled. Conducting wires are formed on the back of the cantilever beam, increasing reflection efficiency. Through this, the fill factor can be increased to improve the light efficiency.As it forms a thin lip on the back of the cantilever beam of the horizontal axis driving, the flatness as well as the stable driving stability can be achieved. By changing the dimensions and shape of the torsion bar of the connecting portion of the cantilever beam and coating a low friction protective film, it is possible to increase the resonant frequency, reduce the friction and protect the surface of the cantilever beam. And a technique relating to the production method thereof.
종래의 레이저 디스플레이용 MEMS형 구동거울의 일예를 살펴보면 다음과 같다. An example of a conventional MEMS type driving mirror for a laser display is as follows.
도 1에 도시한 바와 같은, 대한민국 공개특허공보(2006년 제64219호)인 정전력 구동거울은 제1 실리콘(150)의 하부에 절연체를 입힌 다음 패터닝하여 8㎛ 깊이의 공간층(air-gap)용 우물을 만들고, 제2 실리콘 기판 (250)에 전극을 매립하여 평탄화한 후에 제1 실리콘 기판과 제2 실리콘 기판을 anodic bonding 등으로 접합하고, 제2 실리콘 기판을 20㎛의 두께로 화학적 기계적으로 연마하여 평탄화한 후에, 제2 실리콘 상부를 패터닝 및 식각하여 구동 거울 및 전극 모양을 형성한다. 이러한 구동거울의 구조는 SOI 공정 보다는 간단하고 저렴하며 필팩터가 높아지지만, 에어 갭의 두께가 한정적이므로 공기 저항으로 인하여 댐핑이 쉽게 발생하는 문제점이 있다.As shown in FIG. 1, a constant power driving mirror, which is Korean Patent Application Publication No. 2006 (No. 64219), is coated with an insulator on a lower portion of the
도 2a와 도 2b에 도시한 바와 같은, 대한민국 공개특허공보(2006년 제84307호)인 전자력 구동거울(11)은 거울 후면에 영구 자성 물질(15) 및 자기 발생 코일로 구성되어 있는데, 거울 후면에 거울의 변형을 억제하기 위한 프레임(12) 및 질량 감소를 위한 홀이 형성되어 있다. 그러나 이러한 전자력 구동거울은 영구 자성 물질의 크기가 제한적이어서 큰 구동 각도를 얻기에는 불리하고, 프레임의 질량으로 인하여 구동 거울의 공진 주파수가 떨어지는 문제점이 있다.As shown in FIGS. 2A and 2B, the electromagnetic
또한 종래의 레이저 스캐너용 구동 거울인 일본 Nippon signal사의 단축 또는 2축의 전자력 구동 거울이 있다. There is also a uniaxial or biaxial electromagnetic force driving mirror of Nippon Signal, Japan, which is a driving mirror for a conventional laser scanner.
도 3에 도시한 바와 같은, 레이저 스캐너용 전자력 구동 거울은 캔틸레버 부에는 중앙에 반사 금속층이 있는 반사 거울(1)과, 구동 거울 주위에 전류가 흐르게 하는 코일 도선부(2)와, 구동 거울 양 측면에 구동용 토션 바(4)와, 웨이퍼 레벨의 구동 거울 칩 양 측면에 영구 자석(5)이 위치하고 있다. 상기 구동 거울의 영구자석(5) 내부에 있는 캔틸레버(3)의 반사 거울(1) 외측의 코일 도선(2)에 전류를 인가하면 로렌츠(Lorentz) 힘에 의하여 캔틸레버가 토션 바(4)를 축으로 하여 회전 구동이 되어 레이저 빛의 경로를 바꾸어 주는데, 수 kHz의 구동 거울의 공진 주파수로 교류 전류를 인가하면 큰 각도로 번갈아가면서 구동이 된다. 수직축과 수평축 구동용 두 개의 구동 거울 또는 한 개의 구동 거울을 스캐닝하여 화면상에 레이저 빛이 주사가 된다.As shown in FIG. 3, the electromagnetic force driving mirror for the laser scanner includes a
도 3과 도 4에 도시한 바를 참조하면, 상기 종래의 전자력 구동 거울은 SOI 웨이퍼(10)를 사용하였다. 상기 SOI 웨이퍼는 화학적 기계적으로 연마(CMP: Chemical mechanical Polishing)를 하여 제작되어진 제 1실리콘 웨이퍼(7)와, 제 2실리콘 웨이퍼(9) 중간에 실리콘 산화물(8)과 함께 접착되어져 있다. 상기 SOI 웨이퍼는 화학적 기계적으로 연마(CMP)의 기계적 회전으로 인하여 식각 자국이 웨이퍼 표면에 형성되므로 잔류 응력이 증가된다. 그러므로 상기 SOI 웨이퍼는 공정 과 정 중이거나 최종 제품 제작이 된 후에도 외부 충격에 의하여 쉽게 파괴가 될 수가 있는 문제점이 있다. Referring to FIG. 3 and FIG. 4, the conventional electromagnetic force driving mirror used an
도 3에 도시한 바를 참조하면, 상기 종래의 전자력 구동 거울은 반사 거울(1)과, 반사 거울(1) 주위에 전류가 흐르는 코일 도선(2)이 위치하고 있으므로 상기 종래의 전자력 구동 거울은 SOI 웨이퍼를 사용하여 제 1실리콘 웨이퍼구동 각도를 크게 하려고 코일의 권선수를 증가시키면 구동 거울의 필팩터가 줄어들어 광 효율이 떨어지게 되며, 캔틸레버 빔(3)이 수kHz 구동시 토션 바(4)의 마찰에 의하여 구동하는데 무리가 있고 내구성이 떨어지는 문제점이 있다.Referring to FIG. 3, the conventional electromagnetic force driving mirror is a
그러므로 레이저 빔이 수직축 구동의 캔틸레버 빔 표면으로 45°각도로 입사시 캔틸레버 빔 표면에서 타원이 되므로 유효 광면적을 높이고 공기 저항이 적으며 공진 시 댐핑 계수가 적고, 기계적으로 회전하여 연마한 자국이 발생한 표면에 분자 level의 미소 pore를 형성하여 잔류 응력을 해소하여 주고, 연마 자국이 남아있는 다른 웨이퍼보다도 신뢰성이 있고 견고한 구동거울 특성을 갖으며, 반사 효율 증진을 통해 필팩터(Fill factor)를 높여 광 효율이 향상시킬 수 있고, 구동시 평탄도는 물론 안정되고 견고한 신뢰성 있는 구동을 할 수 있으며, 공진 주파수를 높이고 마찰력을 줄임과 동시에 캔틸레버 빔의 표면을 보호할 수 있는 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울 의 개발이 절실히 요구되고 있는 실정이다.Therefore, when the laser beam enters the cantilever beam surface at an angle of 45 ° to the cantilever beam surface of the vertical axis, the effective light area is increased, the air resistance is low, the damping coefficient is small during resonance, and the mechanically rotated and polished marks are generated. Molecular-level micropores are formed on the surface to relieve residual stress, and are more reliable and robust than the other wafers with polishing marks, and have higher fill factor through increased reflection efficiency. Thin film type 2-axis driving mirror for laser display that can improve efficiency, ensure flatness as well as stable and robust driving, and increase the resonant frequency and reduce friction while protecting the surface of the cantilever beam. The development of is urgently needed.
이에 본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 착상된 것으로서, 캔틸레버 빔의 모양을 날개 끝이 뾰족한 마름모, 타원, 다이아몬드 형상 중에서 어느 하나를 채택함으로써, 레이저 빔이 수직축 구동의 캔틸레버 빔 표면으로 45°각도로 입사 시 캔틸레버 빔 표면 에서 타원이 되므로 유효 광면적을 높이고 공기 저항이 적으며 공진시 댐핑 계수가 적은 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. Accordingly, the present invention has been conceived to solve the above problems, by adopting any one of the shape of the cantilever beam of the pointed rhombus, ellipse, diamond shape, the laser beam at a 45 ° angle to the surface of the cantilever beam of the vertical axis drive It is an object of the present invention to provide a thin-film two-axis driving mirror for laser display and a method of manufacturing the same because it becomes an ellipse at the surface of the cantilever beam at the time of incidence, thereby increasing the effective optical area, the low air resistance, and the low damping coefficient at resonance.
다른 본 발명의 목적은 화학적 기계적으로 연마된 웨이퍼 표면 양면에 짧은 시간 동안 마스크 없이 플라즈마 처리한 실리콘 박막을 사용함으로써, 기계적으로 회전하여 연마한 자국이 발생한 표면에 분자 level의 미소 pore를 형성하여 잔류 응력을 해소하여 주고, 연마 자국이 남아있는 다른 웨이퍼보다도 신뢰성이 있고 견고한 구동거울 특성을 갖는 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울 및 그 제조방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to use a silicon thin film that is plasma treated without a mask for a short time on both surfaces of the chemical mechanically polished wafer surface, thereby forming a microscopic pore at the molecular level on the surface where the mechanically rotated and polished marks have occurred, thereby remaining stress. The present invention provides a thin-film two-axis driving mirror for laser display and a method of manufacturing the same, which has more reliable and robust driving mirror characteristics than other wafers with polishing marks remaining.
또 다른 본 발명의 목적은 캔틸레버 빔의 전면은 박막으로 형성하고, 코일 도선은 캔틸레버 빔의 후면부에 형성함으로써, 반사 효율 증진을 통해 필팩터(Fill factor)를 높여 광 효율이 향상시킬 수 있는 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울 및 그 제조방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to form a thin film on the front of the cantilever beam, the coil lead is formed on the back of the cantilever beam, laser display that can improve the light efficiency by increasing the fill factor through the reflection efficiency enhancement To provide a thin-film two-axis driving mirror and a method for manufacturing the same.
또 다른 본 발명의 목적은 구동 시 수평축 구동의 캔틸레버 빔 후면에 얇은 립 형태를 이룸으로써, 구동시 평탄도는 물론 안정되고 견고한 신뢰성 있는 구동을 할 수 있는 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울 및 그 제조방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to form a thin lip on the back of the cantilever beam of the horizontal axis driving during driving, the thin film type 2-axis driving mirror for laser display that can be stable and robust driving as well as flatness during driving and its manufacture To provide a method.
또 다른 본 발명의 목적은 캔틸레버 빔의 연결부분의 토션 바의 치수와 모양을 변경하고 저마찰력 보호막을 코팅하여 줌으로써, 공진 주파수를 높이고 마찰력을 줄임과 동시에 캔틸레버 빔의 표면을 보호할 수 있는 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울 및 그 제조방법을 제공하는데 있다. Another object of the present invention is to change the dimensions and shape of the torsion bar of the connection portion of the cantilever beam and to coat the low friction protective film, thereby increasing the resonant frequency, reducing the friction force and at the same time protect the surface of the cantilever beam To provide a thin-film two-axis driving mirror and a method for manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울은 양면이 화학적 기계적으로 연마된 후 Plasma 처리를 한 SOI 웨이퍼를 박막 가공하여 형성된 구동거울용 칩(20)과; 상기 구동거울용 칩(20) 내부에 형성되어 있는 수직축 구동의 날개 끝이 뾰족한 마름모형, 다이아몬드형, 또는 타원형인 캔틸레버 빔(30)과; 상기 수직축 구동의 캔틸레버 빔의 회전축 상에 있고 그 양 끝에 연결된 두 개의 제1 토션 바(31)와; 상기 수직축 구동의 캔틸레버 빔의 외부에 형성되어 상기 두 개의 제1 토션 바(31)에 의해 연결된 수평축 구동의 캔틸레버 빔(32)과; 상기 수평축 구동의 캔틸레버 빔의 회전축에 있고 그 양 끝에 연결된 두 개의 제2 토션 바(33)와; 상기 두 개의 제2 토션바에 의해 연결된 구동 거울 칩 기판 (34)과; 상기 수직과 수평축 구동의 캔틸레버 빔(30,32)의 후면부에 위치하여 전류가 흐르도록 형성되어 있는 코일 도선(40)과;상기 구동거울용 칩(20)을 올려놓아 안착되게 하고 고정부재(51)에 의해 고정할 수 있게 되 어 있는 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판(50)과; 상기 구동거울용 칩(20)이 고정된 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판(50)에 의하여 연결되어 지지되는 자기력선 유도 프레임(60)과; 상기 자기력선 유도 프레임(60) 내부에 장착되며 토션 바(31,33)의 회전축을 기준으로 각각 좌우 대칭이 되도록 극성이 서로 다른 두 쌍이 간격을 두고 마주대하게 하여 자기력선을 유도하는 자석(70)과; 상기 캔틸레버 빔(30,32)을 포함하는 구동거울용 칩(20)과, 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판(50)과, 자석(70)이 결합되어 있는 자기력선 유도 프레임(60)을 보호하고 지지하는 외장케이스(80); 를 포함함을 특징으로 한다. Laser display thin film biaxial driving mirror according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object is a
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또한 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울의 제조방법은 SOI 웨이퍼의 양면에 플라즈마 처리하는 단계와; 상기 SOI 웨이퍼 위에 산화막의 증착과 포토레지스트 도포와 제1 코일 도선을 제작하는 단계와; 상기 SOI 웨이퍼 위에 포토레지스트 도포와 제2 코일 도선을 제작하는 단계와; 상기 SOI 웨이퍼 위에 전극을 형성하는 단계와; 상기 SOI 웨이퍼 위에 캔틸레버 빔 모양 형성 및 식각하는 단계와; 상기 SOI 웨이퍼 하부의 실리콘층을 식각하여 캔틸레버 빔을 형성하는 단계와; 상기 캔틸레버 빔의 반 사면을 형성하고 플립 칩 본딩을 하는 단계; 를 포함함을 특징으로 한다.In addition, a method of manufacturing a thin film biaxial driving mirror for a laser display according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object comprises the steps of plasma treatment on both sides of the SOI wafer; Depositing an oxide film, applying a photoresist and fabricating a first coil lead on the SOI wafer; Fabricating a photoresist and fabricating a second coil lead on the SOI wafer; Forming an electrode on the SOI wafer; Forming and etching a cantilever beam shape on the SOI wafer; Etching a silicon layer under the SOI wafer to form a cantilever beam; Forming a reflection surface of the cantilever beam and performing flip chip bonding; Characterized by including.
상기 본 발명에 있어서, 상기 SOI 웨이퍼 위에 산화막의 증착과 포토레지스트 도포와 제1 코일 도선을 제작하는 단계에서는, 산화막이 증착된 한 개의 실리콘 웨이퍼와 다른 한 개의 실리콘 웨이퍼를 Anodic bonding 한 후에 양면에 화학 기계적 연마를 한 SOI 웨이퍼의 상부와 하부에 산화막을 증착한 후, 웨이퍼의 상부면에 네거티브 포토레지스트(PR)를 도포하여 패턴을 형성하고, 크롬(Cr),구리(Cu),그리고 금(Au)를 차례로 열 증착한 다음 리프트오프(Lift-off)로 제1 코일 도선을 생성한 후, 제1 코일 도선 도선위에 산화막을 증착하는 것을 포함함을 특징으로 한다. In the present invention, in the step of depositing an oxide film, applying a photoresist, and fabricating a first coil lead on the SOI wafer, anodic bonding of one silicon wafer on which the oxide film is deposited and the other silicon wafer is performed. Oxide films are deposited on the top and bottom of the mechanically polished SOI wafer, and then a negative photoresist (PR) is applied to the top surface of the wafer to form a pattern, and chromium (Cr), copper (Cu), and gold (Au) are deposited. ) Is sequentially thermally deposited, followed by lift-off to generate a first coil lead, and then depositing an oxide film on the first coil lead.
상기 본 발명에 있어서, 상기 SOI 웨이퍼 위에 포토레지스트 도포와 제2 코일 도선을 제작하는 단계에서는, 상기 SOI 웨이퍼의 상부면에 네거티브 포토레지스트(PR)를 도포하여 패턴을 형성하고, 크롬(Cr), 구리(Cu), 그리고 금(Au)를 차례로 열 증착한 다음 리프트오프(Lift-off)로 제2 코일 도선을 생성한 후, 제2 코일 도선 도선위에 산화막을 증착하는 것을 포함함을 특징으로 한다. In the present invention, in the step of forming a photoresist coating and a second coil lead on the SOI wafer, a negative photoresist (PR) is applied to the upper surface of the SOI wafer to form a pattern, chromium (Cr), Thermally depositing copper (Cu) and then gold (Au), and then generating a second coil lead by lift-off, and then depositing an oxide film on the second coil lead. .
상기 본 발명에 있어서, 상기 SOI 웨이퍼 위에 캔틸레버 빔 모양 형성 및 식각하는 단계에서는 포토레지스트를 도포하여 패턴을 형성하고 산화막을 건식 식각함과 동시에 패드(pad)부분을 오픈(open)시킨 다음 상부 실리콘을 RIE 장비를 이용하여 식각하여 캔틸레버 빔의 모양을 형성하는 것을 포함함을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of forming and etching the cantilever beam shape on the SOI wafer, a photoresist is applied to form a pattern, dry etching the oxide film, and at the same time opening a pad portion and then top silicon. Etching by using the RIE equipment characterized in that it comprises forming the shape of the cantilever beam.
상기 본 발명에 있어서, 상기 웨이퍼 하부의 실리콘층을 식각하여 캔틸레버 빔을 형성하는 단계에서는 SOI 웨이퍼 뒷면에 산화막 하드 마스크 형성 후, SOI 웨이퍼 뒷면의 실리콘 층을 식각한 다음 건식 식각방법을 이용하여 구조를 릴리즈시켜 캔틸레버 빔이 자유롭게 움직일 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, in the step of forming the cantilever beam by etching the silicon layer on the lower part of the wafer, after forming an oxide hard mask on the back side of the SOI wafer, the silicon layer on the back side of the SOI wafer is etched and then dried using a dry etching method. And release the cantilever beam to move freely.
상기 본 발명에 있어서, 상기 캔틸레버 빔의 반사면을 형성하고 플립 칩 본딩을 하는 단계에서는 거울의 반사면을 형성하기 위해 웨이퍼 하부의 식각된 캔틸레버 빔의 실리콘 층을 알루미늄(Al)으로 증착한 후, 패드(pad)부분에 와이어 본더(wire bonder)로 ball을 형성한 다음 웨이퍼를 다이싱(dicing)한 후 플립 칩 본딩(flip-chip bonding)을 수행하는 것을 포함함을 특징으로 한다. In the present invention, in forming the reflective surface of the cantilever beam and flip chip bonding, after depositing the silicon layer of the etched cantilever beam under the wafer with aluminum (Al) to form the reflective surface of the mirror, Forming a ball with a wire bonder (wire bonder) on the pad (pad) portion and then dicing the wafer (dic), characterized in that it comprises flip-chip bonding (flip-chip bonding).
본 발명에 따른 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울 및 그 제조방법은 다음과 같은 효과를 가진다.The thin-film biaxial driving mirror for a laser display according to the present invention and a manufacturing method thereof have the following effects.
첫째, 본 발명은 캔틸레버 빔의 모양의 날개 끝이 뾰족한 마름모, 타원, 다이아몬드 형상 중에서 어느 하나를 채택함으로써, 레이저 빔이 수직축 구동의 캔틸레버 빔 표면으로 45°각도로 입사시 거울 표면에서 타원이 되므로 유효 광면적을 높이고 공기 저항이 적으며 공진시 댐핑 계수가 적다. First, the present invention is effective because the laser beam becomes an ellipse at the mirror surface when the laser beam is incident at a 45 ° angle to the cantilever beam surface of the vertical axis drive by adopting any one of a pointed rhombus, an ellipse, and a diamond shape in the shape of a cantilever beam. High light area, low air resistance and low damping coefficient at resonance.
둘째, 본 발명은 화학적 기계적으로 연마된 웨이퍼 표면 양면에 짧은 시간 동안 마스크 없이 플라즈마 처리한 실리콘 박막을 사용함으로써, 기계적으로 회전하여 연마한 자국이 발생한 표면에 분자 level의 미소 pore를 형성하여 잔류 응력을 해소하여 주고, 연마 자국이 남아있는 다른 웨이퍼보다도 신뢰성이 있고 견고한 구동거울 특성을 갖는다. Second, the present invention uses a silicon thin film that is plasma-treated on both sides of a chemical mechanically polished wafer surface without a mask for a short time, thereby forming a microscopic pore of molecular level on the surface on which mechanically rotated and polished marks are generated, thereby reducing residual stress. It solves the problem and has a more reliable and robust driving mirror characteristic than other wafers with polishing marks remaining.
셋째, 본 발명은 캔틸레버의 전면의 캔틸레버 빔은 박막으로 형성하고, 코일 도선은 캔틸레버 빔의 후면부에 형성함으로써, 반사 효율 증진을 통해 필팩터(Fill factor)를 높여 광 효율이 향상시킬 수 있다. Third, in the present invention, the cantilever beam on the front surface of the cantilever is formed of a thin film, and the coil lead wire is formed on the rear surface of the cantilever beam, so that the light efficiency can be improved by increasing the fill factor through reflection efficiency enhancement.
넷째, 본 발명은 수평축 구동의 캔틸레버 빔 후면에 얇은 립 형태를 이룸으로써, 구동시 평탄도는 물론 안정되고 견고한 신뢰성 있는 구동을 할 수 있다. Fourth, the present invention forms a thin lip on the rear surface of the cantilever beam of the horizontal axis drive, it is possible to drive not only flatness but also stable and robust reliable driving.
다섯째, 본 발명은 캔틸레버 빔의 연결부분의 토션 바의 치수와 모양을 변경하고 저마찰력 보호막을 코팅하여 줌으로써, 공진 주파수를 높이고 마찰력을 줄임과 동시에 캔틸레버 빔의 표면을 보호할 수 있다.Fifth, the present invention can change the dimensions and shape of the torsion bar of the connection portion of the cantilever beam, and by coating a low friction protective film, it is possible to protect the surface of the cantilever beam while increasing the resonant frequency, reduce the frictional force.
이하 첨부된 도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 살펴보면 다음과 같은데, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이며, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 그 정의는 본 발명인 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울 및 그 제조방법을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. Looking at the preferred embodiment of the present invention together with the accompanying drawings as follows, when it is determined that the detailed description of the known art or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention The description will be omitted, and the following terms are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to a user's or operator's intention or custom, and the definitions thereof are defined by the present invention. It should be made based on the contents throughout the present specification for explaining the manufacturing method.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울의 형상을 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 디스플 레이용 박막형 2축 구동거울을 분해한 형상을 나타낸 분해 사시도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울의 형상을 나타낸 정면도이다. 5 is a perspective view showing the shape of a thin film dual axis driving mirror for a laser display according to an embodiment of the present invention, Figure 6 is an exploded thin film type biaxial driving mirror for a laser display according to an embodiment of the present invention Figure 7 is an exploded perspective view showing the shape, Figure 7 is a front view showing the shape of the thin-film biaxial driving mirror for laser display according to an embodiment of the present invention.
도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울은 양면이 화학적 기계적으로 연마된 후 Plasma 처리를 한 SOI 웨이퍼를 박막 가공하여 형성된 구동거울용 칩(20)과; 상기 구동거울용 칩(20) 내부에 형성되어 있는 수직축 구동의 날개 끝이 뾰족한 마름모형, 다이아몬드형, 또는 타원형 캔틸레버 빔(30)과; 상기 수직축 구동의 캔틸레버 빔의 회전축 상에 있고 그 양 끝에 연결된 두 개의 제1 토션 바(31)와; 상기 수직축 구동의 캔틸레버 빔 외부에 형성되어 상기 두 개의 제1 토션 바(31)에 의해 연결된 수평축 구동의 캔틸레버 빔(32)과; 상기 수평축 구동의 캔틸레버 빔의 회전축에 있고 그 양 끝에 연결된 두 개의 제2 토션 바(33)와; 상기 두 개의 제2 토션바에 의해 연결된 구동 거울 칩 기판 (34)과; 상기 수직과 수평축 구동의 캔틸레버 빔(30,32)의 후면부에 위치하여 전류가 흐르도록 형성되어 있는 코일 도선과; 상기 구동거울용 칩(20)을 올려놓아 안착되게 하고 고정부재(51)에 의해 고정할 수 있게 되어 있는 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판(50)과; 상기 구동거울용 칩(20)이 고정된 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판(50)에 의하여 연결되어 지지되는 자기력선 유도 프레임(60)과; 상기 자기력선 유도 프레임(60) 내부에 장착되며 토션 바(31,33)의 회전축을 기준으로 각각 좌우 대칭이 되도록 극성이 서로 다른 두 쌍이 간격을 두고 마주대하게 하여 자기력선을 유도하는 자석(70)과; 상기 캔틸레버 빔(30,32)을 포함하는 구동거울용 칩(20)과, 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판(50)과, 자석(70)이 결합되어 있는 자기력선 유도 프레임(60)을 보호하고 지지하는 외장케이스(80); 를 구비한다.5 to 7, the thin-film biaxial driving mirror for a laser display according to an embodiment of the present invention is a driving mirror formed by thin-film processing an SOI wafer subjected to plasma treatment after both surfaces are chemically and mechanically polished. A chip 20; A lozenge, diamond, or elliptical cantilever beam having a sharp tip of a vertical axis drive formed in the driving mirror chip 20; Two first torsion bars (31) on the axis of rotation of said vertical axis drive cantilever beam and connected at both ends thereof; A horizontal axis drive cantilever beam 32 formed outside the vertical axis drive cantilever beam and connected by the two first torsion bars 31; Two second torsion bars (33) on the axis of rotation of the horizontal axis drive cantilever beam and connected at both ends thereof; A drive mirror chip substrate 34 connected by the two second torsion bars; A coil lead wire positioned at a rear portion of the cantilever beams 30 and 32 for driving the vertical and horizontal axes so as to flow current; A printed circuit board or ceramic substrate 50 mounted on the driving mirror chip 20 to be seated thereon and fixed by the fixing member 51; A magnetic field line induction frame 60 connected and supported by a printed circuit board or a ceramic substrate 50 to which the driving mirror chip 20 is fixed; A magnet 70 mounted inside the magnetic force line induction frame 60 and inducing magnetic force lines by facing two pairs having different polarities so as to be symmetrical with respect to the rotation axes of the torsion bars 31 and 33, respectively; Protecting and supporting the magnetic force line induction frame 60 to which the driving mirror chip 20 including the cantilever beams 30 and 32, the printed circuit board or the ceramic substrate 50, and the magnet 70 are coupled.
상기 캔틸레버 빔 후면부의 최외각에 위치한 코일 도선에 전류가 인가되면 로렌츠 힘에 의하여 토션 바를 축으로 구동되는 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울을 구성하는 기술적 수단들의 기능을 살펴보면 다음과 같다.When the current is applied to the coil conductor located at the outermost part of the back of the cantilever beam, the technical functions of the thin film 2-axis driving mirror for driving the torsion bar by the Lorentz force will be described as follows.
상기 구동거울용 칩(20)은 양면이 화학적 기계적으로 연마된 후 Plasma 처리를 한 얇은 실리콘 기판을 상하로 관통하여 형성된다.The driving
상기 캔틸레버 빔(30,32)은 상기 구동거울용 칩(20) 내부에 형성되어 있으며 두 개의 토션 바(31,33)와 대칭이 되게 연결된다. 여기서 상기 캔틸레버 빔(30,32)에 연결되는 토션 바(31,33)가 각각 동일하게 수평축과 수직축으로 형성된 경우 토션 바(31)의 형상의 변화에 따라 동일한 입력전류 값에 대하여 구동각도와 잔류응력이 변화되는 것을 알 수 있게 하는 표와 관계식을 살펴보면 다음과 같다.The cantilever beams 30 and 32 are formed in the
다음은 캔틸레버 빔(30)에 연결되는 토션 바(31)가 각각 동일하게 수직축으로 형성된 경우에 있어서, 토션 바(31)의 형상의 변화에 따라 동일한 직류 입력전류 값에 대하여 구동각도와 잔류응력의 변화를 알 수 있게 하는 것인데, 캔틸레버 빔 및 토션바에 형성된 실리콘의 두께는 50㎛이고, 토션 바의 길이는 1.2mm이며, 선폭은 0.18 mm이다.Next, in the case where the torsion bars 31 connected to the
표 1. 토션 바의 형상의 변화에 따른 구동각도와 잔류응력의 변화(수직축).Table 1. Change of driving angle and residual stress according to the change of torsion bar shape (vertical axis).
또한 수평축 구동의 캔틸레버 빔(32)에 연결되는 토션 바(33)의 형상의 변화에 따라 동일한 직류 입력전류 값에 대하여 구동각도와 잔류응력의 변화를 알 수 있게 하는 것인데, 형상 변화 전의 프레임에 연결되어 있는 토션 바의 길이는 0.8mm이고, 선폭은 0.3mm이고 변화 후에는 토션 바의 끝부분이 중간 부위 보다 넓게 형성되면 잔류 응력이 감소되는 것을 알 수 있다.In addition, according to the change of the shape of the
표 2. 토션 바의 형상의 변화에 따른 구동각도와 잔류응력의 변화(수평축). Table 2. Change of driving angle and residual stress according to the change of the torsion bar shape (horizontal axis).
상술한 바와 같이, 캔틸레버 빔(30,32)에 연결되는 토션 바(31,33)의 형상의 변화에 따라 동일한 입력전류 값에 대하여 구동각도와 잔류응력이 감소되는 것을 알 수 있다.As described above, as the shape of the torsion bars 31 and 33 connected to the cantilever beams 30 and 32 changes, the driving angle and the residual stress are reduced with respect to the same input current value.
다음은 교류 전류를 인가하였을 때 캔틸레버 빔의 대한 운동 방정식이다. The following is the equation of motion for the cantilever beam when an alternating current is applied.
(식1)에서, 좌변항의 θ는 토션 바(31,33)를 구동축으로 하는 캔틸레버 빔의 구동 각도이고, J는 캔틸레버 빔의 관성 모먼트이며, c는 댐핑 계수이고, Kt는 토션 바의 비틀림 용수철 상수이다. 또한 우변항은 로렌츠 힘에 의한 회전력항이며, 인가 전류 iD 에 비례하며 A 는 상수이다. (식2)에서, ip 는 직류 바이어스 전류이고, id 는 교류 전류의 진폭이다. (식3)에서, θs 는 직류 바이어스에 의하여 캔틸레버 빔의 구동 각도이고, θa 는 교류 전류에 의하여 구동된 각도이다.In
다음 (식4)는 (식1), (식2), (식3)에서 유도된 캔틸레버 빔의 구동 각도 관계식이다.The following equation (4) is the driving angle relationship of the cantilever beam derived from (1), (2), (3).
(식5)의 wr 은 공진 주파수고, (식6) 은 공진 주파수에서의 입력 교류 전류와 최대 구동각도를 나타낸다.W r in
다음의 (식7) 과 (식8)은 캔틸레버 빔의 댐핑 계수 관계식이다.The following equations (7) and (8) are related to damping coefficients of the cantilever beam.
여기서, μ는 공기 점성이고, D는 구동축과 수직한 방향의 캔틸레버 빔의 폭, Lm 은 구동축과 평행한 캔틸레버 빔의 길이, ho는 캔틸레버(cantilever) 빔(beam)의 에어 갭(air-gap)이며, b = D/Lm 이다.Where μ is air viscosity, D is the width of the cantilever beam in a direction perpendicular to the drive axis, L m is the length of the cantilever beam parallel to the drive axis, and h o is the air gap of the cantilever beam. gap), and b = D / L m .
상기의 관계식들로 알 수 있는 바와 같이, 댐핑 계수가 작을수록 구동 각도가 커지는데, 본원 발명에서는 상기의 댐핑 계수를 작게 하고 구동 각도를 크게 할 수 있는 구동 거울에 대한 것으로, 상기 관계식에서 캔틸레버 빔의 폭 D 가 길이 Lm 에 비해 작으면 댐핑 계수가 매우 적어지게 된다.As can be seen from the above relations, the smaller the damping coefficient is, the larger the driving angle is. In the present invention, the damping coefficient is small and the driving mirror can increase the driving angle. If the width D is small compared to the length L m , the damping coefficient becomes very small.
따라서, 본 발명인 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울칩은 빠른 주파수로 구동되는 수직축 구동의 캔틸레버 빔(30)의 모양이 날개 끝이 뾰족한 타원형 구조로서, 댐핑 계수가 작고 최대 구동 각도를 얻는 동시에 광 효율을 크게 하는 구조인 것이다. 상기 캔틸레버 빔(30)의 폭이 길이에 비하여 짧으므로 댐핑 계수가 적어진다. 또한 구동 방향으로 날개 끝이 뾰족하므로 공기를 가르는 효과가 있고 타원형의 레이저 빔을 반사하는데 보다 큰 유효 광면적을 가지게 되는 것이다. Therefore, the present invention is a thin-film two-axis drive mirror chip for laser display has an elliptical structure with a sharp tip of the
상기 코일 도선(미도시)은 캔틸레버 빔(30,32)의 후면부에 위치하여 전류가 흐르도록 형성되어 있다.The coil leads (not shown) are positioned at the rear portions of the cantilever beams 30 and 32 so that current flows.
상기 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판(50)은 상기 구동거울용 칩(20)을 올려놓아 안착되게 하고 고정부재(51)에 의해 고정할 수 있게 되어 있다. 상기 고정부재(51)는 볼트를 사용하는 것이 가장 바람직하나, 핀 등도 가능할 것이다. The printed circuit board or the
상기 자기력선 유도 프레임(60)은 상기 구동거울용 칩(20)이 고정된 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판(50)에 의하여 연결되어 지지된다.The magnetic field
상기 자석(70)은 상기 자기력선 유도 프레임(60) 내부에 장착되며 토션 바(31,33)의 회전축을 기준으로 각각 좌우 대칭이 되도록 극성이 서로 다른 두 쌍이 간격을 두고 마주대하게 하여 자기력선을 유도한다. 여기서 자석(70)은 통상적인 자석을 사용하여도 되지만, 자기력의 세기가 강하고 자기밀도가 균일한 Sm 계열과 Nd계열의 희토류 자석을 사용하는 것이 타당할 것이다. The
상기 외장케이스(80)는 캔틸레버 빔(30,32)을 포함하는 구동거울용 칩(20)과, 인쇄회로기판 또는 세라믹 기판(50)과, 자석(70)이 결합되어 있는 자기력선 유도 프레임(60)을 보호하고 지지한다. The
또한 도 8 내지 도 9t에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울의 제조과정을 설명하면 다음과 같다.In addition, as shown in Figures 8 to 9t, the manufacturing process of the thin-film biaxial driving mirror for laser display according to an embodiment of the present invention will be described.
첫 번째는 SOI 웨이퍼의 양면에 플라즈마 처리하는 과정이다. 상기 과정에서 잔류 응력 해소된 SOI 웨이퍼는 불산(HF)과 HNO3 혼합 용액에서 세정 처리 후 SF3 플라즈마로 SOI 웨이퍼 표면을 식각 처리하여 기계적 연마면의 잔류 응력을 해소하게 된다. The first is the plasma treatment on both sides of the SOI wafer. In the above process, the SOI wafer that has been removed from the residual stress is rinsed in the surface of the SOI wafer with SF 3 plasma after being cleaned in the hydrofluoric acid (HF) and HNO 3 mixed solution to solve the residual stress of the mechanical polishing surface.
두 번째는 SOI 웨이퍼 위에 산화막의 증착과 PR 도포와 제1 코일 도선을 제작하는 과정이다. 상기 과정에서는 SOI 웨이퍼의 상부와 하부면에 산화막을 증착한다(도 9a). 이때, 산화막의 두께는 0.5㎛이며, PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장비를 사용하여 증착되지만, 다양한 증착장비를 이용할 수 있는 것이다. 이후 1차 마스크(도 9d)를 이용하여 웨이퍼의 상부면에 포토레지스트(PR)를 도포하여 패턴을 형성하고, 크롬(Cr), 구리(Cu), 그리고 금(Au)을 각각 0.01, 0.4, 0.1 ㎛ 두께로 열 증착한다(도 9b). 여기서 포토레지스트는 전극 형성을 위한 리프트오프(Lift-off) 전용의 네거티브 포토레지스트(Negative photoresist)를 사용한다. 그 다음에는 산화막을 0.5㎛ 두께로 PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 장비를 사용하여 증착된다. 그 다음에는 제1 코일 도선위에 산화막을 증착하는데(도 9e), 산화막의 두께는 0.5㎛이다. 이후 2차 마스크(도 9g)를 이용하여 웨이퍼의 상부면에 코일 도선의 연결부위를 생성하기 위해 산화막을 0.5㎛의 두께로 패턴을 형성한다(도 9f). The second process is to deposit oxide film, PR coating and fabricate first coil lead on SOI wafer. In this process, oxide films are deposited on the top and bottom surfaces of the SOI wafer (FIG. 9A). At this time, the thickness of the oxide film is 0.5㎛, deposited using a PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) equipment, it is possible to use a variety of deposition equipment. Then, a photoresist (PR) is applied to the upper surface of the wafer by using a primary mask (FIG. 9D) to form a pattern, and chromium (Cr), copper (Cu), and gold (Au) are respectively 0.01, 0.4, Thermal evaporation to 0.1 μm thickness (FIG. 9B). The photoresist uses a negative photoresist dedicated to lift-off for forming an electrode. Next, an oxide film is deposited using a PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) apparatus. Next, an oxide film is deposited on the first coil lead (Fig. 9E), and the thickness of the oxide film is 0.5 mu m. Thereafter, an oxide film is formed to have a thickness of 0.5 μm to form a connection portion of the coil lead on the upper surface of the wafer using a secondary mask (FIG. 9G) (FIG. 9F).
세 번째는 SOI 웨이퍼 위에 제2 코일 도선 및 전극을 형성하는 과정이다. 상기 과정에서는 3차 마스크(도 9i)를 이용하여 웨이퍼의 상부의 일측면에 Sputtering 또는 Evaporating 방법에 의하여 크롬(Cr), 구리(Cu), 그리고 금(Au)을 각각 0.01, 0.4, 0.1 ㎛ 두께로 차례로 증착한 후, 아세톤 용액에 넣고 초음파 세척을 하는 리프트오프(Lift-off) 공정을 시행하여 제2 코일 도선 및 전극을 형성한다(도 9h).The third step is to form a second coil lead and an electrode on the SOI wafer. In the above process, chromium (Cr), copper (Cu), and gold (Au) are 0.01, 0.4, and 0.1 μm thick by sputtering or evaporating on one side of the wafer using a tertiary mask (FIG. 9i). After the deposition in order, the second coil lead wire and the electrode is formed by performing a lift-off process in which an ultrasonic wave is put in an acetone solution (FIG. 9H).
네 번째는 SOI 웨이퍼 위에 산화막의 증착과 캔틸레버 빔 모양 형성 및 식각하는 과정이다. 상기 과정에서는 SOI 웨이퍼 위에 웨이퍼 표면을 보호하기 위해 질화막을 0.5㎛ 두께로 증착된다(도 9j). 이후 4차 마스크(도 9m)를 이용하여 캔틸레버 빔 모양을 패터닝하고 패드(pad)부분을 오픈(open)시킨다(도 9k). 이어서 상부 실리콘을 RIE 장비를 이용하여 50㎛ 정도 식각하여 캔틸레버 빔 모양을 형성한다(도 9l). The fourth step is to deposit an oxide film, form a cantilever beam, and etch on an SOI wafer. In this process, a nitride film is deposited to a thickness of 0.5 mu m to protect the wafer surface on the SOI wafer (FIG. 9J). After that, the cantilever beam shape is patterned using a fourth mask (FIG. 9M) and the pad part is opened (FIG. 9K). Subsequently, the upper silicon is etched by about 50 μm using an RIE device to form a cantilever beam shape (FIG. 9L).
다섯 번째는 SOI 웨이퍼 하부의 실리콘층을 식각하여 캔틸레버 빔을 형성하 는 과정이다. 상기 과정에서는 5차 마스크(도 9q)를 이용하여 SOI 웨이퍼 뒷면에 포토레지스트를 도포하여 패터닝하고 산화막을 식각하여 립 및 공동 형성용 하드마스크를 형성한 (도 9n) 후, 실리콘을 건식 식각 방법으로 식각한다(도 9o). 이후 건식 식각방법을 이용하여 구조를 릴리즈시켜 캔틸레버 빔이 자유롭게 움직일 수 있도록 공간을 확보한다(도 9p).Fifth, the silicon layer under the SOI wafer is etched to form a cantilever beam. In the above process, a photoresist is applied to the backside of the SOI wafer using a fifth mask (FIG. 9Q) to pattern the photoresist, and an oxide film is etched to form a hard mask for lip and cavity formation (FIG. 9N), and then silicon is dried by a dry etching method. Etch (Fig. 9O). After that, the structure is released using a dry etching method to secure a space for the cantilever beam to move freely (FIG. 9P).
여섯 번째는 미러 반사면을 형성하고 플립 칩 본딩을 하는 과정이다. 상기 과정에서는 미러 반사면을 형성하기 위해 웨이퍼 하부의 식각된 캔틸레버 빔의 실리콘 층을 금 또는 알루미늄(Al)으로 0.15㎛ 두께로 증착한(도 9r) 후 보호막 코팅 처리된다. 상기 보호막은 실리콘 산화막 또는 반사율을 증가시킨다. 또는 상기 보호막은 통상의 Diamond MEMS(Micro Electro mechanical Systems) 기술에서 사용되는 저마찰력, 저응력의 유사 다이아몬드를 스퍼터링 방법으로 증착되어질 수도 있다. 다음으로 패드(pad)부분에 와이어 본더(wire bonder)로 ball을 형성한다(도 9s). 이후 웨이퍼를 다이싱(dicing)한 후 플립 칩 본딩(flip-chip bonding)을 수행한다(도 9t). 상기와 같은 과정 이후에 웨이퍼의 구동거울용 칩에 대하여 레이저 등으로 다이싱(Dicing)하여 구동거울용 칩을 웨이퍼에서 떼어내어 최종의 웨이퍼 레벨의 구동 거울 제품을 완성하게 되는 것이다.Sixth is the process of forming the mirror reflection surface and flip chip bonding. In the above process, a silicon layer of the etched cantilever beam under the wafer is deposited with gold or aluminum (Al) to a thickness of 0.15 μm to form a mirror reflective surface (FIG. 9R), and then a protective coating is applied. The protective film increases the silicon oxide film or the reflectance. Alternatively, the protective film may be deposited by sputtering a similar diamond of low friction and low stress used in conventional Diamond Micro Electro Mechanical Systems (MEMS) technology. Next, a ball is formed on the pad by a wire bonder (Fig. 9s). Thereafter, the wafer is diced and flip-chip bonding is performed (FIG. 9T). After the above process, the chip for the driving mirror of the wafer is diced with a laser or the like to separate the chip for the driving mirror from the wafer to complete the final wafer-level driving mirror product.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아니다. As described above, various substitutions, modifications, and changes can be made by those skilled in the art without departing from the technical spirit of the present invention, and thus, the embodiments and the accompanying drawings are limited. It doesn't happen.
도 1은 종래의 정전력 구동거울의 단면을 나타낸 도면.1 is a cross-sectional view of a conventional electrostatic driving mirror.
도 2a와 도 2b는 종래의 정전력 구동거울의 사시도. 2A and 2B are perspective views of a conventional electrostatic driving mirror.
도 3은 종래의 레이저 응용 전자력 구동 거울의 사시도.3 is a perspective view of a conventional laser application electromagnetic force driving mirror.
도 4는 상기 도 3의 AA' 을 자른 단면도. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 3.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울의 형상을 나타낸 사시도.5 is a perspective view showing the shape of a thin-film two-axis driving mirror for laser display according to an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울을 분해한 형상을 나타낸 분해 사시도.Figure 6 is an exploded perspective view showing the shape of the disassembled thin-film biaxial driving mirror for laser display according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울의 형상을 나타낸 정면도.Figure 7 is a front view showing the shape of the thin-film two-axis driving mirror for laser display according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울의 제조 흐름도.8 is a manufacturing flow chart of a thin-film two-axis driving mirror for laser display according to an embodiment of the present invention.
도 9a 내지 도 9t는 본 발명의 일실시예에 따른 레이저 디스플레이용 박막형 2축 구동거울의 상세한 제조과정을 나타낸 도면.9a to 9t are views showing a detailed manufacturing process of the thin-film two-axis driving mirror for laser display according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
20...구동거울용 칩 30...수직축 구동의 캔틸레버 빔20 ... chip for driving
31...수직축 상의 토션 바 32...수평축 구동의 캔틸레버 빔31 ... torsion bar on
33...수평축 상의 토션 바 33.Horizontal torsion bar
50...인쇄회로기판(세라믹 기판) 51...고정부재 50 ... printed circuit board (ceramic board) 51 ... fixing member
60...자기력선 유도 프레임 70...자석 60 ... magnetic
80...외장케이스 80.Exterior case
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