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KR100703140B1 - 간섭 변조기 및 그 제조 방법 - Google Patents

간섭 변조기 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR100703140B1
KR100703140B1 KR1020007011227A KR20007011227A KR100703140B1 KR 100703140 B1 KR100703140 B1 KR 100703140B1 KR 1020007011227 A KR1020007011227 A KR 1020007011227A KR 20007011227 A KR20007011227 A KR 20007011227A KR 100703140 B1 KR100703140 B1 KR 100703140B1
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plates
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modulator
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마일즈마크더블유.
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이리다임 디스플레이 코포레이션
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Abstract

본 발명은 2개의 판으로 형성되는 공간을 포함하는 간섭 변조기에 관한 것이다. 적어도 2개의 연결부재는 2개의 판을 연결하여 이들 판이 서로에 대하여 움직이는 것을 허용한다. 2개의 연결부재는 제1 판의 기계적 응력이 기본적으로 제1 판의 평면 내의 상기 제1 판의 움직임에 의해 완화되도록 하는 방법으로 구성되어 상기 제1 판에 부착된다.
공간, 연결부재, 간섭 변조기, 스프링 상수, 간섭 변조기 제조 방법, 개구부.

Description

간섭 변조기 및 그 제조 방법{INTERFEROMETRIC MODULATION AND ITS MANUFACTURING METHOD}
본 발명은 간섭 변조(interferometric modulation)에 관한 것이다. 본 출원은 미합중국 특허출원 제08/238,750호(출원일:1994년 5월 5일), 제08/554,630호(출원일:1995년 11월 6일) 및 제08/769,947호(출원일: 1996년 12월 19일)의 부분 계속(CIP) 출원이며, 이들 출원은 본 명세서에 참조되어 본 발명의 일부를 이룬다.
간섭 변조기(interference modulators; IMods)는 장치의 간섭 특성을 변경함으로써 어드미턴스(admittance)를 조정하여 입사 광을 변조하는 여러 종류의 장치를 말한다. 이러한 장치는 디스플레이, 광학적 처리 장치 및 광학적 정보 저장 장치에 응용될 수 있다.
삭제
일반적으로, 본 발명의 일 태양은, 2개의 판으로 형성되는 공간(cavity)을 포함하는 간섭 변조기에 관한 것이다. 적어도 2개의 연결부재(arm)가 2개의 판을 연결하여, 이들 판이 서로에 대하여 상대적으로 움직일 수 있게 한다. 제1 판의 기계적 응력이 제1 판을 포함하는 평면 상에서 제1 판의 움직임에 의해 완화될 수 있도록, 2개의 연결부재가 제1 판에 부착된다.
본 발명은, 그 구현에 있어서, 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 판의 움직임은 회전일 수 있다. 이들 각각의 연결부재는 2개의 단부를 가지는데, 이 중 제1 단부는 제1 판에 부착되고, 제2 단부는 제2 판에 대하여 고정된 지점에서 부착된다. 제2 단부가 부착된 지점은 제1 판에 부착된 제1 단부를 지나며 제1 판과 수직인 축으로부터 떨어져 있는 위치에 위치한다. 제1 판은 2개의 실질적으로 직선인 측변을 가지며, 각각의 연결부재의 제1 단부는 제1 측변의 중앙에 부착되거나 제1 측변의 단부에 부착된다. 또한 제3 연결부재 및 제4 연결부재가 이들 2개의 판을 각각 연결한다. 이들 연결부재들은 바람개비 형상(pinwheel configuration)을 형성한다. 연결부재과 제1 판 사이의 연결 길이, 두께 및 위치는 소정의 스프링 상수(spring constant)를 구현하도록 구성된다.
일반적으로 본 발명의 다른 태양은, 간섭 변조기 어레이에 관한 것이다. 간섭 변조기 각각은 2개의 판으로 형성되는 공간(cavity)을 포함하며, 이들 2개의 판은 적어도 2개의 연결부재(arm)에 의해 연결되어 서로에 대하여 상대적으로 움직일 수 있다. 각각의 간섭 변조기의 판 및 연결부재는 그 판의 상대적인 움직임과 연관된 스프링 상수를 가지고, 서로 다른 간섭 변조기의 스프링 상수가 서로 다르게 되어 있다.
일반적으로 본 발명의 또 다른 태양은, 간섭 변조기의 제조 방법에 관한 것이다. 간섭 변조기는 2개의 판으로 이루어진 공간을 포함하며, 이들 판은 적어도 2개의 연결부재로 연결된다. 공간을 형성한 후에, 제1 판의 기계적 응력을 완화시키기 위해 제1 판은 제1 판을 포함하는 평면 상에서 연결부재에 대하여 상대적으로 회전하게 된다.
일반적으로 본 발명의 또 다른 태양은, 전체적으로 서로에 대하여 평행인 3개의 판을 포함하는 간섭 변조기에 관한 것이다. 이들 판은 적어도 하나의 판이 다른 2개의 판에 대하여 움직이게 지지된다. 제어 회로는 적어도 하나의 판을 간섭 변조기가 세 가지의 개별 동작 상태를 나타내도는 각 위치로 구동한다.
본 발명은, 그 구현에 있어서, 다음의 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 제1 상태에서는, 제1 판과 제2 판 사이 및 제2 판과 제3 판 사이에 갭(gap)이 존재한다. 제2 상태에서는, 제1 판과 제2 판 사이에는 갭이 존재하지만, 제2 판과 제3 판 사이에는 갭이 존재하지 않는다. 제3 상태에서는 제1 판과 제2 판 사이 및 제2 판과 제3 판 사이에 갭이 존재하지 않는다. 각각의 막(membrane)은 유전체, 금속 또는 반도체 막의 조합을 포함한다.
일반적으로 본 발명의 또 다른 태양은, 2개의 판이 실질적으로 서로 인접한 접촉 위치로부터 및 접촉 위치로 서로에 대하여 움직일 수 있는 2개의 판에 의해 형성되는 공간을 포함한다. 2개의 판이 접촉 위치에서 접촉하는 표면적을 감소시키기 위해 제1 판의 일부를 형성하도록 구성된 스페이서(spacer)를 장착한다.
본 발명은, 그 구현에 잇어서, 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 스페이서는 전극 및 전극에 전류를 공급하는 도전체를 포함한다.
일반적으로 본 발명의 또 다른 태양은, 유체로 채워진 갭에 의해 분리되는, 2개의 판으로 형성되는 공간을 포함하는 간섭 변조기에 관한 것이다. 판이 서로에 대하여 상대적으로 움직이면서 갭의 용적을 변경할 수 있다. 제1 판의 개구부(예를 들어 중앙의 둥근 구멍)는 갭의 용적이 변함에 따라 갭 안으로 또는 갭 밖으로 이동하는 유체의 댐핑 작용(damping effect)을 제어하도록 형성된다. 본 발명의 구현시, 개구부는 제1 판의 중앙에 둥근 구멍으로 형성된다.
일반적으로 본 발명의 또 다른 태양은, 서로에 대하여 움직일 수 있는 적어도 2개의 판을 포함하고, 그 2개의 판에 의해 공간이 형성된 간섭 변조기에 관한 것이다. 2개의 판의 상대적 위치는 2개의 모드를 형성하는데, 이들 중 하나의 모드에서는 간섭 변조기가 입사 광을 반사하여 백색을 나타내며, 다른 모드에서는 간섭 변조기가 입사 광을 흡수하여 흑색을 나타낸다. 이를 구현함에 있어서, 제1 판은 금속 사이에 유전체가 위치하는 적층체를 포함할 수 있으며, 제2 판은 유전체를 포함할 수 있다.
일반적으로 본 발명의 또 다른 태양은, 2개의 판으로 형성되는 공간을 포함하는 간섭 변조기에 관한 것인데, 이들 판은 적어도 2개의 연결부재에 의해 연결되어 서로에 대하여 움직일 수 있다. 간섭 변조기의 응답 시간은 연결부재의 길이, 제1 판의 두께, 연결부재의 두께, 댐핑 구멍의 존재 여부와 크기 및 간섭 변조기 부근의 기체 압력 중에서 적어도 2개의 조합에 의해 미리 결정된 값으로 제어된다.
일반적으로 본 발명의 또 다른 태양은, 2개의 판으로 형성되는 공간을 포함하는 간섭 변조기에 관한 것인데, 이들 판은 적어도 2개의 연결부재에 의해 연결되어 서로에 대하여 움직일 수 있다. 변조기는 하나 이상의 구동 레일을 포함하거나 교번하는 극성을 가진 구동 전압의 인가 장치를 포함하는 전하 부착 완화 장치(charge deposition mitigating device)를 포함한다.
일반적으로 본 발명의 또 다른 태양은, 지지대와 이 지지대에 의해 지지되는 둘 이상의 판을 포함하고, 둘 이상의 판이 하나 이상의 공간을 형성하는 간섭 변조기에 관한 것이다. 적어도 하나의 판 또는 지지대는 전기적, 기계적 또는 광학적 특성을 가지고, 이 판 또는 지지대는 적어도 2개의 재료를 포함하되, 적어도 하나의 판 또는 지지대의 단면 상의 서로 다른 위치에서 전기적, 기계적 또는 광학적 특성이 서로 다르게 되도록 적어도 2개의 재료를 포함한다.
본 발명은, 그 구현에 있어서, 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 판 및/또는 지지대는 둘 이상의 개별적인 재료의 적층물(laminate) 또는 배치물(gradient)을 포함한다. 마이크로 전자기계적 구조물(MEMS)이 그 위에 제조되는 기판은 기체 상태의 에칭제(gas phase etchant)의 작용에 대하여 완전하게 또는 실질적인 면역성(즉, 반응하지 않는 성질)을 가지고 있다. 기판은 불활성 막에 의해 마이크로 전자기계적 구조물과 화학적으로 분리된다. 2개의 재료는 각각 서로 다르며 상보적인 전기적, 기계적 또는 광학적 특성을 나타낸다.
일반적으로 본 발명의 또 다른 태양은, 마이크로 전자기계적 구조물을 제조하는 경우에 사용되는 방법에 관한 것으로서, 기체 상태의 에칭제를 사용하여 희생층을 제거한다.
본 발명은, 그 구현에 있어서, 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 마이크로 전자기계적 구조물은 간섭 변조기(interference modulator)를 구비하는데, 여기서 간섭 변조기의 판은 기판 상에 형성되며, 플라즈마, 액체 또는 기체 상태의 에칭제는 판 및 기판 사이에 형성된 희생층을 제거한다. 기체 상태의 에칭제는 XeF2, BrF3, ClF3, BrF5 및 IF5 중에서 하나를 포함한다. 사용되는 희생층은 실리콘, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈 또는 게르마늄을 포함한다.
일반적으로 본 발명의 또 다른 태양은, 마이크로 전자기계적 구조물의 어레이를 생산 라인 상에서 제조하는 방법에 관한 것이며, 여기서 전자기계적 구조물은 적어도 크기가 8"×8"이거나 직경이 8"인 유리 또는 플라스틱 기판의 표면 상에서 미세 가공(micromachining)된다.
본 발명은, 그 구현에 있어서, 다음의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 전자 요소는 마이크로 전자기계적 구조물과 결합되어 제조된다. 마이크로 전자기계적 구조물은 간섭 변조기를 구비한다. 전자 요소를 형성하는 단계는 구조물을 미세 가공하는 단계와 중첩되거나, 다른 경우에는 중첩되지 않는다.
일반적으로 본 발명의 또 다른 태양은, 표면 미세 가공된 마이크로 전자기계적 구조물을 제조하는 방법에 관한 것이며, 여기서 희생층은 단일 단계에서 패턴화되고 에칭되며, 절연층 및 1차 동작 전극(actuating electrode)은 개별 단계에서 패턴화되고 에칭된다.
일반적으로 본 발명의 또 다른 태양은, 표면 미세 가공된 마이크로 전자기계적 구조물을 제조하는 방법에 관한 것이며, 여기서 희생층, 절연층 및 1차 동작 전극은 단일 마스킹 단계에서 패턴화되고 에칭된다.
일반적으로 본 발명의 또 다른 태양은, 마이크로 전자기계적 구조물을 제조하는 방법에 관한 것이며, 여기서 1차 동작 전극 및 2차 동작 전극은 절연층을 언더에칭(underetching)하는 것에 의해 절연된다.
본 발명의 다른 이점 및 특징은 다음의 상세한 설명 및 청구의 범위에 명확하게 설명되어 있다.
도 1a는 "이중 절곡된" IMod의 사시도.
도 1b는 바람개비 계목(pinwheel tethers) 및 댐핑 구멍을 가지는 IMod의 사시도.
도 1c는 바람개비 계목 및 댐핑 구멍을 구비하는 IMod의 정면도.
도 1d는 직선형 계목을 가지는 IMod의 정면도.
도 2a는 흑색과 백색 IMod의 사시도.
도 2b는 두 가지 상태를 가진 IMod의 측면도.
도 2c는 IMod의 박막 구조를 예시하는 도면.
도 2d는 두 가지 상태를 가진 IMod의 분광 반사율 함수(spectral reflectance function)를 예시하는 도면.
도 3a는 다중 상태를 가진 IMod의 사시도.
도 3b는 다중 상태를 가진 IMod의 정면도.
도 3c는 3개의 상태를 가진 IMod의 측면도.
도 3d는 IMod의 박막을 예시하는 도면.
도 3e, 3f 및 3g는 청색/백색/흑색 IMod, 적색/백색/흑색 IMod 및 청색/백색/흑색 IMod의 분광 반사율 함수를 각각 예시하는 도면.
도 4a는 다중 상태를 가진 IMod의 상태와 구동 전압의 관계를 예시하는 도면.
도 4b는 연관된 전자기계적 히스테리시스 곡선(electromechanical hysteresis curves)을 예시하는 도면.
도 4c는 그러한 기기를 동작시키는데 필요한 구동 회로의 일부를 예시하는 도면.
도 5a는 비구동 상태에서 전하 유입의 영향을 보여주는 IMod를 예시하는 도면.
도 5b는 구동된 IMod를 예시하는 도면.
도 5c는 전하 이전(charge transfer) 후의 비구동 IMod를 예시하는 도면.
도 5d는 반대 극성(reverse polarity)이 인가된 IMod를 예시하는 도면.
도 5e는 전하 유입 효과를 감소시키며 전기적 단락의 가능성이 낮은, 감소된 면적의 전극 구성을 예시하는 도면.
도 6은 스프링 상수를 변경하는 메커니즘을 예시하는 두 가지 IMod의 측면도.
도 7a는 단일 재료의 막 계목의 지지대를 예시하는 도면.
도 7b는 합금 또는 배치물 재료의 막 계목의 지지대를 예시하는 도면.
도 8a는 마이크로 전자기계적 구조물을 제조하는 동안 전극을 절연시키기 위한 공정을 예시하는 도면.
도 8b는 마이크로 전자기계적 구조물을 제조하는 동안 전극을 절연시키기 위한 보다 효과적인 공정을 예시하는 도면.
간섭 변조기(IMod)의 광학적 임피던스, 즉, 어드미턴스의 역(逆)은, 광을 변조하도록 능동적으로 변경될 수 있다.
이를 위한 하나의 방법(이들 특징은 1994년 5월 5일 출원한 미합중국 특허 출원번호 제08/238,750호에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에 참조되어 본 발명의 일부를 이룸)은 변형가능한(deformable) 공간을 이용하는 것인데, 여기서 공간의 광 특성은 그 공간을 형성하는 2개의 판 중에 하나 또는 양자 모두를 정전기적으로나 또는 다른 방법으로 변형함으로써 변경될 수 있다. 유전체, 반도체, 또는 금속 막으로 된 층을 포함하는 이들 판의 합성 재료 및 두께에 따라, 인가된 전압에 대하여 서로 다른 광학적 응답을 나타내는 다양한 변조기를 설계할 수 있다. 이러한 방식은 마이크로 전자기계적 구조물/시스템(MEMS; microelectromechanical structure/system)의 일 형태로 볼 수 있다.
IMod의 임피던스를 능동적으로 변경하기 위한 다른 방법(이들 특징은 1995년 11월 6일에 출원한 미합중국 특허 출원번호 제 08/554,630호에 개시되어 있으며, 이는 본 명세서에 참조되어 본 명세서의 일부를 이룸)은 광학적 응답을 조정하기 위한 유도 흡수체(induced absorber)를 사용하는 것이다. 이러한 IMod는 반사 모드로 동작할 수 있으며, 간단하게 제조될 수 있고, 다양한 기판 상에서 제조될 수 있다.
변형가능하며 유도된 흡수체 방식은 일반적으로 2개의 상태 중에서 하나의 상태로 동작하는 이진 모드로 동작하거나, 연속하는 상태의 범위 중 하나로 동작하는 아날로그 또는 동조식(tunable) 모드로 동작한다. 이들 두 가지 모드의 차이는 주로 IMod 구조물의 기계적 설계에 기초한다.
몇몇 응용예에서는 기계적 설계 및 구조에 의해 둘 이상의 상태에서 동작할 수 있는 다중 상태를 가진 IMod를 구현할 수 있다. 다중 상태를 가진 IMod는 광학적 동작 및 디지털 구동 측면에서 여러 가지 이점을 가질 수 있다.
마이크로 전자기계적 구조물의 구조적 구성요소는 잔류하는 막 응력, 알루미늄과 같은 것이 증착된 막의 수축 및 균열(인장 응력) 또는 외부로 밀려나오거나 좌굴(buckling)(압축 응력)되려는 성질을 나타낼 수 있다. 다양한 인자가 응력의 특성 및 크기에 영향을 미친다. 이러한 인자에는 증착 공정 시의 파라미터 및 증착 시의 기판의 온도가 포함된다.
응력을 제어함으로써, 구조물의 최종 형태뿐만 아니라 구조물을 동작시키는데 필요한 힘을 부분적으로 결정한다. 예를 들어, 매우 높은 잔류 응력을 가지는 자기 지지 막(self-supporting membrane)을 동작시키기 위해서는 엄청나게 높은 구동 전압이 필요할 수 있다. 또한 이들 힘 때문에 자기 지지 막이 비틀어지거나 뒤틀릴 수 있다.
동작 전압, 전자기계적 동작 및 최종 형태는 IMod의 중요한 특성이다. 몇몇 응용 기기는 전자기계적 특성을 이용한다. 예를 들어 대(大)면적의 디스플레이는 화소 위치에 "메모리"를 제공하기 위해 이러한 구조물의 고유 히스테리시스를 이용한다. 그러나, 이것은 소정 어레이에 있는 IMod들이 거의 동일한 방식으로 동작할 것을 요구한다. 이들의 동작이 재료의 기계적 특성, 그 중에서도 잔류 응력에 의해 결정되기 때문에, 디스플레이 영역에 대해 매우 균일하게 막을 증착해야 한다. 이를 구현하는 것이 항상 쉬운 것은 아니다.
도 1a는 전술한 특허 출원에 개시된 IMod의 구조적 구성을 예시하는 도면이다. 이 구성은 양 단부(92)가 절곡되어 지지되는 자기 지지 빔(self-supporting beam)(90)으로 이루어진다는 점에서 "이중 절곡된(double clampled)" 빔으로 기술될 수 있다. 이 구조물이 잔류 응력의 영향을 받으면, 막(빔)의 높이는 인장 응력 또는 압축 응력에 따라 높아지거나 낮아질 수 있다. 도 1a에는, 인장 응력의 상태에 있는 막(90)이 예시되어 있는데, 이로 인해 막의 면적이 축소된다. 이 구조물의 양 단부(92)가 기판에 결합되어 있기 때문에, 막 높이는 그 축소에 의해 낮아진다. 이와 반대로 압축 응력의 상태에 있는 막(94)은 양 단부까지 연장되는데, 그 결과 구조물의 높이 또는 휨(bowing)이 실질적으로 증가 또는 감소한다.
도 1b는 이 구성의 개선된 형태를 예시한다. 이 경우, 가동형 2차 미러(100)는 계목(102)을 통해 지지용 기둥(104)과 연결된다. IMod는 기판(106) 상에서 제조되며, 정지 마찰 범프(stiction bump; 108)를 구비한다. 이러한 구조물은 잔류 응력에 대하여 이점을 가진다. 특히 계목(102)이 2차 미러(100)에 접선방향으로 형성되어 있기 때문에, 압축 응력 또는 인장 응력의 경우 미러(100)가 시계 방향 또는 시계 반대 방향으로 비틀리도록 함으로써 재료의 잔류 응력이 완하되는 경향을 가진다.
인장 응력의 상태에서의 비틀림이 도 1c에 예시되어 있다. 인장 막이 수축 경향을 가지고 있기 때문에, 2차 미러(100)의 측면은 연결된 지지 기둥(104)을 향하여 당겨지지만, 미러는 원래 평면으로 남아 있다. 비틀림으로 인해 이 구조물의 잔류 응력은 완화된다. 이러한 응력의 완화는 지지용 희생 스페이서(supporting sacrificial spacer)가 이 구조물의 아래로부터 제거되는 IMod 제조의 최종 단계 후에 발생한다. IMod의 전체적인 설계에 따라, 일정한 양의 구조적 회전이 허용될 수 있다. 따라서, 광 특성에 전혀 영향을 주지 않으면서 IMod 각각이 응력이 완화되는 위치로 회전하기 때문에, 디스플레이 어레이의 넓은 영역을 가로질러 생기는 잔류 응력의 미세한 차이가 완화되거나 제거된다.
응력이 완하되면, 응력은 기기의 전자기계적 동작에 더 이상 영향을 미치지 않거나 그 영향이 감소된다. 따라서 전압 및 공진 주파수와 같은 기기 특성은 주로 탄성 계수 및 막 두께와 같은 요인들에 의해 결정된다. 이들 특성 모두는 증착 시에 보다 쉽게 제어된다.
도 1d는 직선형 계목(102)에 의한 응력 완화 구조의 다른 기하학적 구성을 예시한다. 이 경우, 미러는 압축 응력을 완화시키기 위해 시계 방향으로 회전한다. 곡선 형태 또는 구부러진 형태의 다른 계목 구조 또한 가능하다.
도 1b를 다시 참조하여 설명하면, 마이크로 전자기계적 구조물은 동작 시에 접촉하는 기판의 표면에 고착되려고 하는 경향이 있다. 가동형 막(100)과 기판 사이의 접촉 면적을 최소화하는 구조는 이러한 현상을 완화시킬 수 있다. 정지 마찰 범프(108)가 비교적 작은 면적에서만 막과 접촉하여 그 막을 지지하는 지지대의 기능을 수행함으로써, 이러한 메커니즘을 제공할 수 있다. 이들 구조물은 전술한 특허 출원 명세서에 개시된 미세 가공(micro machining) 기술을 사용하여 제조될 수 있다. 또한 이들은, 적합하게 절연된 경우, 하부 전극의 기능을 수행할 수 있으며, 전술한 구성에 비해 소정의 이점을 가지게 되는데, 이에 대해서는 아래에서 설명한다. 이러한 의미에서 이들 구조물은 "구동 레일(actuation rails)"로 지칭될 수 있다. 또한 이들 구조물은 가동형 막 상에 제조될 수 있다.
도 1b를 다시 참조하여 설명하면, 댐핑 구멍(110)이 또한 이 구조물의 성능을 향상시킨다. 막이 동작하는 경우, 즉 아래 방향으로 당겨지는 경우, 막과 기판 사이의 공기를 배출해야 한다. 막이 정지 위치(원래 위치)(quiescent position)로 되돌아할 수 있도록 하기 위해, 동일한 양의 공기가 다시 들어와야 한다. 이 양의 공기를 이동시키기 위해 필요한 에너지는 막의 이동을 저속화하거나 그 동작을 감쇠하는 댐핑 작용(damping effect)을 일으킨다. 댐핑은 장단점을 모두 가진다. 필요한 디스플레이 데이터 속도를 유지하기 위해 이들 소자의 응답 시간을 최소화하는 것은 중요하며, 따라서 댐핑을 최소화해야 한다. 그러나 시간이 지남에 따라 원하는 색상이 아닌 다른 색상의 반사 광이 나타나는 것을 줄이기 위해, 막을 매우 신속하게 고정된 위치로 이동시키는 것 또한 중요하다. 댐핑이 불충분한 경우, 이러한 막은 비구동 상태에서 울림(ringing) 또는 감쇠(decaying) 발진을 일으킬 수 있다. 이러한 울림 또는 감쇠 발진은 최소화되어야 하며, 이는 또한 부분적으로 댐핑에 의해 결정된다.
댐핑을 최적화하기 위한 하나의 방법은 막의 몸체를 통과하는 댐핑 구멍을 형성하는 것이다. 막이 움직이는 동안, 댐핑 구멍은 공기의 경로를 부가적으로 제공하는 기능을 수행한다. 따라서 공기를 배출시키고 유입시키는데 필요한 힘이 감소하고, 댐핑 작용이 감소한다. 따라서 제조 시에 댐핑 구멍의 크기를 선택적으로 조정함으로써, IMod의 울림 또는 감쇠 발진 현상의 양을 조정하고, 따라서 그 응답 시간을 조정할 수 있게 된다. 정지 마찰 범프(108)는 댐핑 작용을 최소화하는데 도움이 될 수 있다. 막과 기판 사이에 한정된 거리를 유지함으로써, 막이 최대로 기판에 인접하게 이동하여 동작한 경우라도 막과 기판 사이에 공기 흐름을 위한 경로가 존재하도록 함으로써 댐핑 작용을 최소화한다.
댐핑을 최적화하기 위한 다른 방법은 주위의 기체 압력을 제어하는 것이다. 전술한 특허 출원 명세서에 개시된 임의의 IMod 소자는 불활성 가스를 사용하여 용접 밀폐된 용기 내에서 패키지화된다. 이는 미립자 오염물질(particulate contaminants)뿐만 아니라 수증기가 유입되는 것을 방지하는데, 이들은 시간이 지남에 따라 IMod의 성능을 열화시킬 수 있다. 이러한 가스의 기체 압력은 패키지화된 기기에 있어서의 댐핑의 양과 직접적인 관계를 가진다. 따라서 댐핑 및 응답 시간은 제조 시에 패키지 내의 기체 압력을 결정함으로써 최적화될 수 있다.
반사형 평판 디스플레이의 성능을 향상시키는 주요 인자는 휘도(brightness)이다. 이들 디스플레이의 대부분은 공간적으로 색상을 구현하는데, 화소 각각은 적색, 청색 및 녹색에 해당하는 3개의 부-화소(sub-pixel)로 분할된다. 백색은 3개의 모든 부-화소의 휘도를 최대화함으로써 구현된다. 바람직하지 않지만, 각각의 부-화소는 부-화소에 입사되는 광의 약 1/3만을 활용하기 때문에, 백색 상태의 전체 휘도는 감소하게 된다.
이는 특정 색상 이외에도 백색 상태를 직접 구현할 수 있는 부-화소 구조를 활용함으로써 해결될 수 있다. 이 방식을 사용하는 디스플레이의 전체 휘도는 증가될 수 있는데, 이는 백색 상태의 부-화소가 부-화소에 입사되는 광의 상당히 많은 부분을 사용하기 때문이다. 전술한 특허 출원번호 제08/554,630호에 개시된 IMod는 특정 색상을 반사하거나, "흑색"을 나타내거나 또는 흡수 상태를 나타낼 수 있다. 이러한 구성은 다른 상태를 포함하도록 변형될 수도 있다.
도 2a는 흑색 상태 및 백색 상태가 가능한 구조물의 사시도이며, 전술한 계목 구성을 가진다. (응력에 대한 전술한 반응을 가지고 있더라도 도 1a의 "이중 절곡된" 막은 유용한 기계적 구성이다) 도 2b는 "204"로서 비구동 상태를 나타내고, "206"으로서 구동 상태를 나타낸, 두 가지 상태의 IMod를 예시한다. 구동 상태에서 IMod는 입사 광을 흡수하고 기판(202)을 바라보는 관찰자에게 흑색을 나타낸다. 비구동 상태에서 IMod는 백색을 나타낸다.
도 2c는 연관된 막의 구조를 상세하게 예시한다. 가동형 막(208, 210, 212)은 금속, 유전체, 금속을 포함하는 3개의 막으로 이루어진다. 하나의 예는 400 나노미터(㎚) 두께의 알루미늄으로 이루어진 금속(208), 50 ㎚의 실리콘 이산화물로 이루어진 유전체(210) 및 14.9 ㎚의 텅스텐으로 이루어진 금속(212)을 사용할 수 있다. 유전체(214)는 기판(26) 상의 54.36 ㎚ 두께의 지르코늄 이산화물(zircomium dioxide) 막을 포함할 수 있다. 도 2d는 두 가지 상태의 IMod 설계의 분광 반사율을 예시한다. 곡선 216 및 218은 백색 상태 및 흑색 상태의 IMod의 반사율을 각각 나타낸다.
도 3a는 세 가지 상태가 가능한 IMod를 예시한다. 이 구성에서는 도 2a의 구성의 적층된 박막 층이 각각 분리되어 가동형 막으로 나누어진다. 이 경우 막(300)은 예를 들어 400 ㎚의 알루미늄으로 이루어진 금속이며, 막(302)는 14 ㎚의 텅스텐으로 이루어진 금속이다. 텅스텐이 박막이기 때문에, 광학적으로 중립인 구조 막(neutral structure film)이 기계적으로 구조물을 완성하기 위해 요구될 수 있는데, 여기서 이 구조 막은 지지용 프레임의 형태가 될 수 있다. 2개의 막 사이의 공기 갭(air gap)은 유전체의 기능을 수행한다. 도 3b는 동작 방법을 상세하게 나타내는 IMod의 정면도를 예시하는 도면이다. 이러한 구성은 도전성 막(302)가 정지 마찰/구동 범프에 의해 생성되는 전계로부터 막(300)을 차단한다는 문제점을 가지고 있다. 영역(303, 304)에서의 막(300)의 길이를 막(302)의 크기(footprint)보다 더 연장시킴으로써, 막(300)은 경로(305, 307)를 통해 전계와 "만나게"되며, 따라서 이들 전계에 의해 동작한다.
3개의 가능한 기계적 상태 및 이와 관련된 치수 관계가 도 3c에 예시되어 있다. 공기 갭의 크기(308, 310)는 215 ㎚ 및 135 ㎚가 될 수 있다. 도 3d는 연관된 박막을 상세하게 예시한다. 막(320)은 금속이며, "322"는 유전체의 기능을 하는 공기 갭이며, 막(324)은 금속이고, 막(326)은 유전체이다. 도 3e는 세 가지 상태의 분광 반사율을 나타내는 도표이다. 도시된 크기에서, 흑색 상태(예를 들어, 상태 2), 청색 상태(상태 0) 및 백색 상태(상태 1)가 가능하며, 여기서 흑색, 청색 및 백색 상태는 분광 반사율 334, 332, 및 330에 해당한다. 도 3f는 녹색 및 백색 상태(336, 334)를 가지는 IMod의 도표를 예시하며, 도 3g는 적색 상태(340) 및 백색 상태(338)를 가지는 IMod의 도표를 예시한다.
모든 IMod와 마찬가지로 이 구성은 전자기계적 히스테리시스를 보여주는데, 이는 두 가지 상태만을 가지는 IMod에 비해 훨씬 복잡하다. 막이 이완된(relaxed) 위치로 귀환하려고 하는 기계적 힘에도 불구하고, 막을 구동 또는 동작 상태에서 유지하기에 충분한 최소 전압이 존재한다.
도 4a는 인가된 전압과 IMod의 상태 사이의 관계를 나타내는 대표적인 도표이다. IMod를 구동 상태로 유지하기 위한 최소 바이어스 Vbias가 필요하다. 상태 1 및 상태 2는 전압 V3 및 V4를 인가함으로써 구현된다. 연관된 히스테리시스 도표는 도 4b에 예시되어 있으며, 여기서 곡선(400)은 도 3a의 가동 플레이트(302)의 전자기계적 응답에 해당하며, 곡선(402)은 가동 플레이트(300)의 전자기계적 응답에 해당한다. 두 가지 곡선의 중심의 평균에 Vbias가 존재한다. 도 4c는 이러한 기기를 동작시키는데 필요한 구동 회로의 일부를 예시한다. 출력단(404)은 3개의 트랜지스터 또는 3개의 서로 다른 전압원과 병렬로 연결된 다른 적당한 스위치, 및 IMod의 2개의 가동 판으로 구성된다. 구동기 논리 회로(406)는 출력단을 통해 IMod(410)의 가동형 막에 인가되는 하나의 특정 전압의 선택을 허용하는 방식으로 입력 신호(408)에 응답한다. 전압이 전혀 인가되지 않는 경우, IMod의 막은 기계적 힘에 의해 이완된 상태로 이동한다.
가동형 막 구조물에서 발생할 수 있는 다른 문제는 도 5a - 5c에 예시된 전하 부착 현상이다. 도 5a에서 가동 판(500)과 고정 판(504) 사이에 전압이 인가된다. 층(502)은 고정 판(504)의 상부에 위치하는 절연막이다. 인가된 전압이 가동 판을 동작시키기에 충분하고 도 5b에 예시되어 있는 바와 같이 절연체와 접촉하는 경우, 절연체 상에는 전하(506)가 부착될 수 있다. 이에 따라 가동 판(500)과 고정 판(504) 사이의 인력이 감소하므로, 이를 동작시키기 위해서는 높은 전압이 인가되어야 한다(도 5c).
이러한 상태는 이 구조물에 교류 전압을 인가함으로써 해결될 수 있다. 즉 모든 동작에 있어서, 부착된 전하를 상쇄하거나 실질적으로 이용할 수 있도록, 인가된 전압의 극성을 변경한다. 도 5d는 반대 극성을 인가하는 경우의 효과를 예시한다. 다른 방법으로는, 고체 절연체를 제거하거나 이를 공기로 대체하는 것이다. 도 5e는 이러한 목적을 달성하기 위한 정지 마찰 범프 또는 구동 레일의 사용을 예시한다. 이들 구조물 상에도 전하가 축적될 수 있지만, 그 면적은 아주 작으며, 따라서 전하의 축적이 감소된다. 반대 극성 및 정지 마찰 범프를 함께 사용할 수도 있다.
전기적 단락은 이들 기기의 다른 문제점이다. 도 5a를 참조하여 설명하면, 가동형 막(상부 전극; 500)과 하부 전극(504)의 표면 영역은 동일하다. 소자가 동작하는 경우(도 5b), 절연체(502)의 작은 구멍(pinhole)이 전기적 단락 및 기기 고장을 발생시킨다. 도 5e에 예시된 구성을 활용하는 경우, 표면 전극의 표면적을 감소시켜 작은 구멍에 의해 단락이 발생할 가능성을 감소시킴으로써 이러한 문제점을 완화시킬 수 있다. 표면 전극 또는 정지 마찰 범프/구동 레일은 또한 전술한 바와 같이 정지 마찰 완화 기능을 수행한다. 정지 마찰 범프와 같이, 이들을 가동형 막 상에서 제조할 수 있다.
IMod 기반의 디스플레이의 제조를 복잡하게 하는 다른 문제점은 여러 색상의 디스플레이를 제조해야 한다는 것이다. IMod의 서로 다른 색상이 IMod의 비구동 상태에서의 공간(spacing)에 의해 구현되기 때문에, 서로 다른 3개의 색상을 가지는 어레이는 서로 다른 3개의 갭 크기를 가지는 IMod의 부-어레이를 가지게 된다. 이에 따라 3개의 전자기계적 응답이 존재하게 되고 이는 구동 전자 요소가 해결해야할 과제이다. 댐핑 구멍은 색상마다 전자기계적 응답의 차이를 보상하기 위한 하나의 기술이다.
다른 방법으로는, "이중 절곡된" IMod 막의 두께 또는 계목에 의해 지지되는 IMod의 계목 두께를 다르게 하는 것이다. 후자의 기술을 도 6에 예시한다. IMod(602)의 계목(600)은 IMod(606)의 계목(604)에 비해 얇게 제조된다. 이들 계목에 동일한 바이어스 전압을 인가하면, IMod(602)는 IMod(606)에 비해 더 많이 변위되는데 이는 낮은 스프링 상수 때문이다. 이러한 구조물은 더 작은 힘으로 동작시킬 수 있고, 그 기계적 응답 시간은 감소하게 되는데, 중요한 것은 기계적 응답 시간이다. 이것은 기기의 전체 전자기계적 응답을 효율적으로 변경하며, 따라서 공간의 차이를 보상하기 위한 방법을 제공한다. 단지 전체 막의 두께 또는 막의 주요 부분을 변경함으로써 "이중 절곡된" 구성에 이러한 기술을 적용할 수 있다. 일례로서, 큰 비구동 공간으로 인해 적색을 나타내며 따라서 긴 기계적 응답 시간을 가지는 IMod를 높은 스프링 상수로 제조할 수 있다. 이에 의해 동작 시간을 청색 IMod의 시간과 맞출 수 있다.
계목에 의해 지지되는 IMod에서, 스프링 상수는 계목의 연결부재의 길이에 의해 결정될 수 있다. 길이가 긴 계목은 낮은 스프링 상수를 구현하며, 길이가 짧은 계목은 높은 스프링 상수를 구현한다. 이는 계목이 부착되는 가동형 막의 측변을 따라 그 부착 위치를 변동시킴으로써 기기의 전체 부피를 변경하지 않고도 달성할 수 있다. 따라서, 막 측변의 중앙에 연결된 계목은 가까운 단부에 연결된 계목에 비해 더 낮은 스프링 상수를 가질 것이고, 먼 단부에 연결된 계목에 비해 더 높은 스프링 상수를 가질 것이다.
구조적 특성에 의해 가동형 막의 광 특성을 완화하는 개념은 전술한 특허 출원 명세서에 개시되어 있다. 기초가 되는 사상은 부재를 개별적으로 설계하고 원하는 기계적 구조적 특성을 제공하고 독립적으로 원하는 광 특성을 제공하도록 최적화된 구조물을 제조하는 것이다.
도 7a는 하나의 가능한 접근법을 보다 상세하게 예시한다. 이 경우 가동형 막(700)은, 바람직한 기계적 특성을 위해, 오직 광 특성 및 막의 계목(702)에 기초하여 선택된다. 예를 들어 다수의 IMod 설계에 있어서 알루미늄은 광학적 투과성의 측면에서 유용하지만 기계적인 피로 및 응력에 의해 파괴되기 쉽다고 알려져 있다. 보다 적당한 재료로는 계목을 구축하는데 사용될 수 있는 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물과 같은 유전체를 들 수 있다.
도 7b는 계목이 적층물 또는 배치물로 이루어지는 경우의 변형예를 예시한다. 적층물로서는, 층(706, 710)은 양호한 기계적 강도를 제공하는 알루미늄 산화물 막을 포함하며, 막(708)은 전기적 도전성을 제공하는 알루미늄일 수 있다. 배치물의 경우, 층(710-706)은 내부 표면은 완전한 알루미늄이고 외부 표면은 완전한 알루미늄 산화물이 되도록 증착되는, 단계적으로 구성되는 재료로 이루어질 수 있다. 이러한 배치물은 적층물 재료에 비해 기계적으로 훨씬 강하다. 서로 다른 재료를 사용하거나 대체하는 재료를 이용하는 변형예를 포함하여, 다른 기술적 구현 또한 가능하다.
전술한 특허 출원 명세서에 개시된 일반적인 제조 방법은 희생층이 증착되고, 희생층의 상부에 구조물이 형성되고, 희생층이 에칭되는 표면 미세 가공(surface micromachining) 개념에 기반을 두고 있다. 플라즈마 에칭은 전술한 접근 방법 중의 하나이다. 특히 다른 하나의 에칭 화학 공정에서는 희생층을 제거하기 위해 기체 상태의 에칭제를 사용한다. XeF2, BrF3, ClF3, BrF5 및 IF5로 알려진 가스가 가능하다. 이들 가스는 내재적으로 실리콘 및 텅스텐과 같은 에칭 재료에 대해 바람직한 특성을 가지며, 플라즈마에 의해 에칭 공정을 활성화시킬 필요가 없다. 기체 상태의 에칭은 습식 에칭과는 달리, 희생층의 에칭 단계가 복잡하지 않으며, 사용할 수 있는 구조적 재료의 종류도 다양하다. 또한 복잡한 내부 구조를 가지는 보다 복잡한 소자를 쉽게 제조할 수 있다.
일반적으로 디스플레이 소자는 비교적 큰 기판 상에서 제조될 수 있어야 한다. 완성된 다수의 디스플레이 소자가 1 평방 인치보다 작을 수 있지만, 대부분의 재래형 텔레비전 디스플레이(direct view display)는 수 평방 인치에서부터 수백 평방 인치 이상의 크기를 가질 수 있다. 추가로 이들 디스플레이는 종래의 반도체 제조 공장에서는 사용하지 않는 유리 또는 플라스틱 기판을 사용한다. 주로 실리콘에 기초하며 실리콘 기판 상에서 제조되는 마이크로 전자기계적 구조물이 오랫동안 반도체 공장에서 제조되었다. 그러나 IMod 기반 디스플레이를 제조하는 경우에 주로 요구되는 큰 어레이의 마이크로 전자기계적 기기를 큰 기판 상에서 제조해야 하는 요구는 종래의 반도체 제조 공정 및 공장을 사용하는 경우에는 충족될 수 없다.
다르게는, 큰 어레이의 IMod 및 다른 마이크로 전자기계적 구조물의 제조에도 적용될 수 있는 크기가 큰 기존의 설비가 존재한다. 이러한 기존 설비는 액티브 매트릭스 LCD(Active Matrix LCD)를 제조하기 위해 현재 사용되는 설비 및 공장을 포함한다. "A Liquid Crystal Flat Panel Displays"(저자 William C. O'Mara)는 본 명세서에 참조되어 본 명세서의 일부를 이룬다. 이들 설비는 대량의 제조 공정이 활성 매트릭스 부재, 즉 LCD를 구동하는 박막 트랜지스터(thin film transistor; TFT)와 연관되어 있기 때문에 적합하다.
다양한 TFT 제조 공정이 존재하지만, 이들은 큰 면적의 표면 미세 가공에 의한 MEMS의 제조에 부합되는 다수의 요소를 공유한다. 첫째, 선택 기판은 유리 또는 플라스틱이며, 큰 크기의 포맷인 경우에 쉽게 사용될 수 있다. 제조 전에 금속 산화물과 같은 유기 또는 무기 막을 기판 표면에 증착함으로써, 이들 재료의 불순물을 제조된 구조물와 화학적으로 분리할 수 있다. 또한 증착되는 재료는 실리콘, 텅스텐, 몰리브덴, 게르마늄 및 탄탈을 포함하며, 이들 모두는 기체 상태의 에칭제에 적합한 희생 재료이고, 또한 광학적, 절연성의, 구조적, 도전성 재료에 적합한 탄탈 펜톡사이드(tantalum pentoxide), 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물 및 알루미늄을 포함한다. 일반적으로 모든 포토리소그래피, 공정 및 테스트는 큰 어레이 및 큰 면적의 소자에 적합하도록 지향되고 있다. TFT 제조 공정을 사용하여, MEM 소자와 결합된 전자회로를 제조하여 구동기 회로 및 지능형 논리 기능을 제공할 수 있다. 따라서 기체 상태의 에칭제와 결합하여, 액티브 매트릭스 LCD(Active Matrix LCD)의 제조 및 이들과 연관된 공정은 구체적으로는 IMod 기반 디스플레이에도 쉽게 사용할 수 있으며 일반적으로는 큰 면적(적어도 8" ×8" 크기 또는 8" 직경)의 마이크로 전자기계적 기기의 경우에 쉽게 사용할 수 있는 제조용 매체(vehicle)를 제공한다.
TFT 및 IMod 또는 다른 마이크로 전자기계적 기기를 제조하기 위한 2개의 일반적인 접근 방법은 분리(decoupling) 및 중첩(overlapping)이다. 필요한 TFT 기초 회로를 먼저 제조한 후에, IMod를 제조한다. 보다 효율적인 접근방법은 각각의 공정에서 공유 또는 중첩 단계를 허용하는 방식으로 TFT 어레이 및 IMod 어레이를 제조하는 것이다. 대표적인 TFT 공정 순서는 다음과 같다.
1. 게이트 금속(예를 들어 몰리브덴 또는 탄탈)을 증착.
2. 게이트 금속을 패턴화.
3. 절연체 및 비정질 실리콘을 증착.
4. 절연체 및 실리콘을 패턴화.
5. 디스플레이 전극(예를 들어 알루미늄)을 증착.
6. 디스플레이 전극을 패턴화.
7. 소스/드레인/신호 라인 금속(알루미늄)을 증착.
8. 소스/드레인/신호 라인을 패턴화.
9. 실리콘을 패턴화.
10, 패시베이션 막 증착.
대표적인 IMod 공정 순서는 다음과 같다.
1. 유전체/1차 미러(1차 미러용으로 몰리브덴 또는 탄탈)를 증착.
2. 1차 미러를 패턴화.
3. 절연체 및 비정질 실리콘을 증착.
4. 절연체 및 실리콘을 패턴화.
5. 2차 미러(알루미늄)를 증착.
6. 2차 미러를 패턴화.
7. 희생 재료(실리콘)를 에칭.
이들 2개의 공정 시퀀스를 비교하면, 단계(1-6)는 기초 레벨과 기능적으로 동일하며, 명확하게 이들 각각의 시퀀스 내에서 동일한 위치에 위치한다. 이러한 유사성은 여러 가지 방법으로 분리 및 중첩 공정 모두의 이점을 가진다. 우선 재료의 유사성은 필요한 전용 증착 도구 및 에칭제 화학물질의 전체 수를 최소화한다. 두 번째로 동일한 단계가 동일한 위치에 위치하기 때문에, 전체 공정의 흐름이 능률적으로 된다. 최종적으로 중첩 공정에서 일부 단계를 공유할 수 있다. 따라서 IMod 어레이 및 TFT 회로 모두를 제조하는데 필요한 전체 공정 단계의 개수가 감소되어, 공정의 복잡성과 경비를 감소시킨다. 일반적으로 AMLCD의 액티브 매트릭스 소자를 제조하기 위한 공정 및 설비는 IMod 제조에도 이상적으로 적합한 것으로 보인다.
구조물의 표면 미세 가공은 도 8a 및 8b에 예시된 공정을 사용하여 단순화될 수 있다. 도 8a는 절연된 1차 전극을 제조하기 위한 하나의 기술을 예시한다. 단계 1에서 1차 전극(800)은 마스크(802)를 사용하여 패턴화되어, 기판(804) 상에서 에칭된다. 단계 2에서 블랭킷 절연층(blanket insulating layer; 806), 희생 재료(808) 및 마스크(810)가 증착된다. 최종적으로 단계 3에서 희생층은 패턴화되어 에칭되고, 2차 전극(812)이 그 위에 증착된다. 절연층(806)은 2차 전극(812)과 1차 전극(800) 사이에 전기적 절연을 제공한다. 이 공정은 마스크(802, 810)를 형성하는 2개의 마스킹 단계를 요구한다.
도 8b는 단순화된 순서를 나타낸다. 단계 1에서는 1차 전극(800), 절연체(806) 및 희생층(808)이 증착되며, 이 때 희생층(808)은 제 위치의 마스크 층(802)을 사용하여 블랭킷 방식으로 증착된다. 단계 2에서 층(800, 806, 808)을 에칭하고, 마스크(802)는 그 목적을 다 한 후에 박리된다. 1차 전극(800)을 과도하게 에칭함으로써 절연층(806)을 덜 에칭한다는 점에서 이 에칭은 8a의 에칭과 다르다. 이에 따라 절연성 레지(ledge)가 제조된다. 이러한 레지는 재료 및 연관된 에칭제를 적당하게 선택함으로써 구현될 수 있다. 예를 들어 희생층(808)이 실리콘으로 이루어지고, 절연층(806)이 실리콘 이산화물로 이루어지고 1차 전극(800)이 텅스텐으로 이루어지는 경우, 텅스텐 층은 실리콘 또는 실리콘 이산화물에 전혀 영향을 미치지 않고 수소 페록사이드(hydrogen peroxide) 용해제(solution)를 사용하여 오버에칭(overetching)될 수 있다. 단계 3에서 2차 전극(812)이 블랭킷 방식으로 증착된다. 절연층(806)은 1차 전극(800)과 2차 전극(812) 사이에 전기적 절연을 제공하는데, 이는 2차 전극의 증착 시에 절연성 레지에 의해 1차 전극(800)과 2차 전극(812)의 접촉을 방지할 수 있기 때문이다. 이에 따라 전체적으로, 2개의 전극 사이에 절연 장판층을 형성하는데 필요한 마스크 단계의 수를 하나씩 감소시킬 수 있다. 이는 단일 마스크층이 3개의 층을 형성하기 위해 사용되는 다중 에칭제에 패턴을 제공하기 때문이다.
전술한 실시예 이외에도 다음의 청구의 범위 내에 속하는 다른 실시예 또한 포함될 수 있다.

Claims (57)

  1. 간섭 변조기(interferometric modulator)에 있어서,
    상기 간섭 변조기가 제1 판, 제2 판, 및 둘 이상의 연결부재를 포함하고,
    상기 제1 판과 상기 제2 판의 사이에 공간(cavity)이 형성되며,
    상기 둘 이상의 연결부재는, 상기 제1 판 및 상기 제2 판이 상대적으로 움직일 수 있게, 상기 제1 판 및 상기 제2 판을 연결하고,
    상기 제1 판이 자신을 포함하는 평면 상에서 움직이고, 이 움직임에 의해 기계적 응력을 완화할 수 있도록, 상기 둘 이상의 연결부재가 상기 제1 판에 연결되어 있는, 간섭 변조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 판의 움직임이 회전 운동인, 간섭 변조기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 연결부재는 2개의 단부(ends)를 가지며,
    상기 단부 중 제1 단부는 상기 제1 판에 부착되고, 제2 단부는 상기 제2 판에 대해 고정된 지점에 부착되며,
    상기 제2 단부가 부착된 지점은, 상기 제1 판에 부착된 제1 단부를 지나며 상기 제1 판과 수직인 축으로부터 떨어져 있는 위치에 위치한, 간섭 변조기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연결부재가 소정의 스프링 상수를 갖는, 간섭 변조기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연결부재의 길이가 소정의 스프링 상수를 구현하도록 구성되어 있는, 간섭 변조기.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 연결부재의 두께가 소정의 스프링 상수를 구현하도록 구성되어 있는, 간섭 변조기.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 제1 판에 상기 연결부재가 부착되는 위치가 소정의 스프링 상수를 구현하도록 선택되는, 간섭 변조기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 판은 2개의 실질적으로 직선인 측변을 가지며,
    상기 각각의 연결부재의 일측 단부는 상기 측변 중 하나의 중앙에 부착되는, 간섭 변조기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 판이 2개의 실질적으로 직선인 측변을 가지며,
    상기 각각의 연결부재의 일측 단부는 상기 측변 중 하나의 단부에 부착되는, 간섭 변조기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 판 및 상기 제2 판을 연결하는 제3의 연결부재를 포함하는 간섭 변조기.
  11. 제1항에 있어서,
    각각이 상기 제1 판 및 상기 제2 판을 연결하는 제3의 연결부재 및 제4의 연결부재를 포함하는 간섭 변조기.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서,
    상기 연결부재들이 바람개비 형상(pinwheel configuration)으로 형성된, 간섭 변조기.
  13. 제1 간섭 변조기 및 제2 간섭 변조기를 포함하며,
    상기 제1 및 제2 간섭 변조기는 각각, 2개의 판 및 둘 이상의 연결부재를 포함하고,
    상기 2개의 판은 그 사이에 공간(cavity)을 형성하며,
    상기 둘 이상의 연결부재는, 상기 2개의 판이 상대적으로 움직일 수 있게, 상기 2개의 판을 연결하고,
    상기 제1 간섭 변조기의 2개의 판 및 연결부재는 그 2개의 판의 상대적인 움직임과 연관된 스프링 상수를 가지고, 또한 상기 제2 간섭 변조기의 2개의 판 및 연결부재는 그 2개의 판의 상대적인 움직임과 연관된 스프링 상수를 가지며, 상기 제1 간섭 변조기의 스프링 상수와 상기 제2 간섭 변조기의 스프링 상수가 서로 다른, 간섭 변조기 어레이.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 각각의 연결부재는 2개의 단부를 가지며,
    상기 단부 중 제1 단부는 제1 판에 부착되고, 제2 단부는 제2 판에 대하여 고정된 지점에 부착되며,
    상기 제2 단부가 부착된 지점은, 상기 제1 판에 부착된 제1 단부를 지나며 상기 제1 판과 수직인 축으로부터 떨어져 있는 위치에 위치한, 간섭 변조기 어레이.
  15. 간섭 변조기의 제조 방법에 있어서,
    둘 이상의 연결부재에 연결되고 서로 이격된 제1 판 및 제2 판을 형성하는 단계; 및
    상기 제1 판이, 그 자신을 포함하는 평면 상에서, 상기 둘 이상의 연결부재에 대해 상대적으로 회전하게 하는 단계
    를 포함하며,
    상기 회전에 의해 기계적 응력이 완화되는, 간섭 변조기의 제조 방법.
  16. 간섭 변조기에 있어서,
    전체적으로 서로 평행인 제1 판, 제2 판, 및 제3 판; 및
    상기 간섭 변조기가 3개의 서로 다른 동작 상태를 나타내도록, 상기 제1 내지 제3 판 중에 적어도 하나의 판을 상대적으로 다른 위치로 구동하는 제어 회로
    를 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 판은, 그 중 적어도 하나의 판이 나머지 다른 2개의 판에 대해 상대적으로 움직일 수 있게, 지지되어 있는, 간섭 변조기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 3개의 서로 다른 동작 상태 중 제1 상태인 때, 상기 제1 판과 상기 제2 판의 사이에, 및 상기 제2 판과 상기 제3 판의 사이에, 모두 갭이 존재하며,
    상기 3개의 서로 다른 동작 상태 중 제2 상태인 때, 상기 제1 판과 상기 제2 판 사이에는 갭이 존재하며 상기 제2 판과 상기 제3 판의 사이에는 갭이 존재하지 않으며,
    상기 3개의 서로 다른 동작 상태 중 제3 상태인 때, 상기 제1 판과 상기 제2 판의 사이에, 및 상기 제2 판과 상기 제3 판의 사이에, 모두 갭이 존재하지 않는, 간섭 변조기.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 판의 각각은, 유전체막, 금속막, 반도체막 또는 이들의 조합을 포함하는, 간섭 변조기.
  19. 간섭 변조기에 있어서,
    제1 판과 제2 판, 및 스페이서를 포함하고,
    상기 제1 판과 상기 제2 판의 사이에 공간이 형성되며,
    상기 제1 판과 상기 제2 판은, 서로 실질적으로 인접하게 되는 접촉 상태로 되거나 그 접촉 상태로부터 떨어지도록, 서로에 대해 상대적으로 움직일 수 있고,
    상기 스페이서는, 상기 접촉 상태에서 그 접촉하는 표면적을 감소시키기 위해, 상기 제2 판에 형성된, 간섭 변조기.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 스페이서가 전극을 포함하며,
    상기 전극에 전류를 공급하기 위한 도전체를 추가로 포함하는 간섭 변조기.
  21. 간섭 변조기에 있어서,
    유체로 채워진 갭을 두고 떨어져 있는 제1 판 및 제2 판을 포함하고,
    상기 제1 판 및 상기 제2 판의 사이에 공간이 형성되며,
    상기 제1 판 및 상기 제2 판은 서로에 대해 상대적으로 움직일 수 있고, 그 움직임에 의해 상기 갭의 용적이 변하게 되고,
    상기 갭의 용적이 변하면서 상기 갭 안으로 또는 밖으로 이동하는 상기 유체의 댐핑 작용(damping effect)을 제어하기 위해, 상기 제1 판에 개구부가 형성되어 있는, 간섭 변조기.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 개구부가 상기 제1 판의 중앙에 형성된 원형의 구멍을 포함하는, 간섭 변조기.
  23. 간섭 변조기에 있어서,
    그 사이에 공간을 형성하는 둘 이상의 판을 포함하며,
    상기 둘 이상의 판은 서로에 대하여 상대적으로 움직일 수 있고,
    상기 둘 이상의 판의 상대적인 위치에 따라 두 가지 모드가 구현되며,
    상기 두 가지 모드 중 제1 모드에서는, 상기 간섭 변조기가 입사 광을 반사함으로써 백색을 나타내고,
    상기 두 가지 모드 중 제2 모드에서는, 상기 간섭 변조기가 입사 광을 흡수함으로써 흑색을 나타내는, 간섭 변조기.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 둘 이상의 판 중 하나의 판은 금속판 사이에 유전체가 위치하는 적층체를 포함하며,
    상기 둘 이상의 판 중 다른 하나의 판은 유전체를 포함하는, 간섭 변조기.
  25. 간섭 변조기에 있어서,
    상기 간섭 변조기가, 제1 판, 제2 판 및 둘 이상의 연결부재를 포함하고,
    상기 제1 판과 상기 제2 판의 사이에 공간(cavity)이 형성되며,
    상기 둘 이상의 연결부재는, 상기 제1 판 및 상기 제2 판이 상대적으로 움직일 수 있게, 상기 제1 판 및 상기 제2 판을 연결하고,
    상기 간섭 변조기의 응답 시간은, 상기 연결부재의 길이, 상기 연결부재가 상기 판에 연결되는 위치, 상기 제1 판 및 상기 제2 판 중 하나의 판의 두께, 상기 연결부재의 두께, 댐핑 구멍의 존재와 크기, 및 간섭 변조기 주위의 기체 압력 중에서 적어도 2개의 조합에 의해 미리 결정된 값으로 제어되는, 간섭 변조기.
  26. 간섭 변조기에 있어서,
    그 사이에 공간을 형성하는 제1 판과 제2 판;
    상기 제1 판 및 상기 제2 판이 상대적으로 움직일 수 있게, 상기 제1 판 및 상기 제2 판을 연결하는 둘 이상의 연결부재; 및
    적어도 하나의 구동 레일(actuation rail)을 포함하거나 교번하는 극성을 가진 구동 전압의 인가 장치를 포함하는 전하 부착 완화 장치(charge deposition mitigating device)
    를 포함하는 간섭 변조기.
  27. 간섭 변조기에 있어서,
    지지대(supports)와, 상기 지지대에 의해 지지되는 둘 이상의 판을 포함하며,
    상기 둘 이상의 판은 하나 이상의 공간을 형성하며,
    상기 둘 이상의 판 중 적어도 하나의 판 또는 상기 지지대는, 전기적, 기계적 또는 광학적 특성을 가지며,
    상기 적어도 하나의 판 또는 상기 지지대는 둘 이상의 재료를 포함하되, 상기 적어도 하나의 판 또는 상기 지지대의 단면 상의 서로 다른 위치에서 상기 전기적, 기계적, 또는 광학적 특성이 서로 다르게 되도록, 둘 이상의 재료를 포함하는, 간섭 변조기.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 둘 이상의 판 중 적어도 하나의 판이 둘 이상의 서로 다른 재료의 적층물(laminate)을 포함하는, 간섭 변조기.
  29. 제27항에 있어서,
    상기 둘 이상의 판 중 적어도 하나의 판이 둘 이상의 재료의 배치물(gradient)을 포함하는, 간섭 변조기.
  30. 제27항에 있어서,
    상기 지지대가 둘 이상의 서로 다른 재료의 적층물을 포함하는, 간섭 변조기.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 지지대가 둘 이상의 재료의 배치물을 포함하는, 간섭 변조기.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 둘 이상의 재료가, 각각 서로 다르면서 상보적인 전기적, 기계적 또는 광학적 특성을 나타내는, 간섭 변조기.
  33. 마이크로 전자기계적 구조물(MEMS)을 제조하는 제조 방법으로서,
    기체 상태의 에칭제를 사용하여, 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 마이크로 전자기계적 구조물이 기판에 형성되고, 상기 기판이 기체 상태의 에칭제의 작용에 대해 실질적으로 영향을 받지않는, 제조 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 기판이 불활성 막에 의해 마이크로 전자기계적 구조물로부터 화학적으로 분리되어 있는, 제조 방법.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 마이크로 전자기계적 구조물이 간섭 변조기(interference modulator)를 포함하며,
    상기 간섭 변조기는 판을 포함하며, 상기 판은 상기 기판 상에 형성되고, 플라즈마 상태, 액체 상태 또는 기체 상태의 에칭제가 상기 판과 상기 기판 사이에 형성된 희생층을 제거하는, 제조 방법.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 기체 상태의 에칭제가 XeF2, BrF3, ClF3, BrF5 및 IF5 중 하나를 포함하는, 제조 방법.
  38. 제33항에 있어서,
    상기 희생층이, 실리콘, 몰리브덴, 텅스텐, 탄탈 또는 게르마늄을 포함하는, 제조 방법.
  39. 마이크로 전자기계적 구조물 어레이를 생산 라인에서 제조하는 제조 방법으로서,
    적어도 크기가 8"×8"이거나, 직경이 8"인 크기의 유리 또는 플라스틱 기판의 표면 상에 전자기계적 구조물(electromechanical structure)을 미세 가공(micromachining)하는 단계를 포함하는 제조 방법.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 마이크로 전자기계적 구조물과 결합하여 전자 요소들을 제조하는, 제조 방법.
  41. 제39항에 있어서,
    상기 마이크로 전자기계적 구조물이 간섭 변조기를 포함하는, 제조 방법.
  42. 제39항에 있어서,
    상기 전자 요소들을 형성하는 단계들이 상기 구조물을 미세 가공하는 단계와 중첩되는, 제조 방법.
  43. 제39항에 있어서,
    상기 전자 요소들을 형성하는 단계는, 상기 전자기계적 구조물을 미세 가공하는 단계와 중첩되는 않는, 제조 방법.
  44. 단일의 마스킹 단계에서 희생층 및 1차 동작 전극(primary actuating electrode)을 패턴화되고 에칭하는 마이크로 전자기계적 구조물의 제조 방법.
  45. 절연층을 언더-에칭(underetching)함으로써 1차 동작 전극 및 2차 동작 전극을 분리시키는 마이크로 전자기계적 구조물의 제조 방법.
  46. 희생층은 하나의 단계에서 패턴화되고 에칭되며,
    절연층 및 1차 동작 전극은 별개의 단계에서 패턴화되고 에칭되는, 표면 미세 가공(surface micromachining)된 마이크로 전자기계적 구조물의 제조 방법.
  47. 단일의 마스킹 단계에서, 희생층, 절연층 및 1차 동작 전극을 패턴화하고 에칭하는, 표면 미세 가공된 마이크로 전자기계적 구조물의 제조 방법.
  48. 절연층을 언더-에칭함으로써, 1차 동작 전극 및 2차 동작 전극을 전기적으로 분리시키는 마이크로 전자기계적 구조물의 제조 방법.
  49. 제19항에 있어서,
    상기 제2 판은 고정되어 있고, 상기 제1 판은 움직일 수 있는, 간섭 변조기.
  50. 제19항에 있어서,
    상기 제2 판은 움직일 수 잇고, 상기 제1 판은 고정되어 있는, 간섭 변조기.
  51. 제19항에 있어서,
    상기 스페이서가 한 방향으로 연장된 스트립들을 포함하는, 간섭 변조기.
  52. 제19항에 있어서,
    상기 스페이서가 미세 가공(micro machining) 기술을 사용하여 제조된, 간섭 변조기.
  53. 제19항에 있어서,
    상기 스페이서가 구동 레일을 포함하는, 간섭 변조기.
  54. 제21항에 있어서,
    상기 유체가 공기인, 간섭 변조기.
  55. 제21항에 있어서,
    상기 제1 판은 움직일 수 있고, 상기 제2 판은 고정되어 있는, 간섭 변조기.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 제1 판의 댐핑을 충분히 감소시키는 크기를 가지는, 간섭 변조기.
  57. 제21항에 있어서,
    상기 제1 판 및 상기 제2 판 중 하나의 판은 상기 댐핑 작용을 감소시키도록 구성된 스페이서를 더 포함하는, 간섭 변조기.
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