New digital micromirror device, the key device for digital projection display has been devised and developed to provide its applications using surface micromachining technology.
The proposed micromirror has an operational mechanism of a seesaw allowing accurate and reliable control of the final rotating angle because of the unique design of the interdigitated cantilevers. Contrast to the previous DMD structure that utilizing a torsional motion of the hinge spring to rotate the overhanging micromirror, only cantilevers are utilized to rotate the micromirror excluding any torsional actions.
The modeling and analytic calculation of the cantilevers for guiding of proper structural design are suggested and the calculated pull-in voltage have a good match with FEM simulation results. Therefore, the model is applied for designing the operating property of the micromirror device.
Next, new microfabrication processes for three-dimensional metallic microstructures have been proposed. One method is to use extended soft bake process of thick positive-type photoresist, which is to remove thermal reflow of the lower layer of photoresist mold during the next thermal step. Also, using the stabilization step after spin coating of photoresist, the upper molds have no concerned with the surface profile of the lower layer. Therefore, it can be easily fabricated the flat multi-level metallic microstructures. The other method is to use thermally stable negative-type photoresist mold as a sacrificial layer for three-dimensional metallic microstructures. The flat multi-level metallic microstructure has been also successfully fabricated using this method.
Next, we have fabricated the micromirror array using these microfabrication techniques and evaluated the static and dynamic operating characteristics of the fabricated micromirrors. The fabricated micromirror has shown a successful operation with tilting angles of 8 degree at the voltage bias of 85V in the size of 80 square micrometer. Also, the micromirror array will be applied and extended to realize an optical system.
이 학위논문에서는 독창적인 구조를 가지는 정전 구동 방식의 디지털 마이크로미러 소자를 구현하고 그 제작을 위한 3차원 미소구조체 기술에 대해 연구하였다.
첫번째로, 평면 상에 서로 엇갈려서 배치되는 엇물린 외팔보라는 매우 독특하고 간단한 구조에 의해 한 방향으로 균등하게 구동되는 새로운 디지털 마이크로미러 소자를 제안하였다. 이 소자는 디지털 프로젝션 디스플레이에 독점적으로 이용되고 있는 텍사스 인스트루먼트사의 디지털 마이크로미러 소자와는 완전히 다른 구조를 가져 새로운 구동 방식이 적용된다. 이 소자는 그 구조 자체의 설계를 이용하여 정확한 구동 각도를 정할 수 있어 불필요하게 단락을 방지하는 장치를 구성할 필요가 없고 여러 개의 외팔보들을 이용하므로 안정적으로 구동할 수 있는 장점이 있다. 또한 매우 간단한 구조를 지녀 대량 생산에서 높은 수율을 얻을 수 있을 것으로 예상된다. 이 소자는 한국과 대만에서 특허 등록되었고, 미국, 일본, 유럽 등에 특허 출원 중이다.
두번째로, 제안된 디지털 마이크로미러 소자를 제작하는데 적합한 새로운 3차원 미소구조체 기술을 고안하였다. 기존의 3차원 미소구조체 기술이 이 소자를 제작하는데 적합하지 않았는데, 포토레지스트의 사진 식각 시 열처리 조건을 변화시키거나 열적 안정성이 우수한 포토레지스트를 사용하여 후속 공정에서도 유동되지 않는 희생층을 만들어 3차원 금속 미소구조체를 제작하였다. 이러한 3차원 미소구조체 제작 기술은 기존의 3차원 금속구조체를 만드는 기술의 단점들을 극복한 것으로 다른 소자들의 제작에도 충분히 응용 가능할 것으로 기대된다. 또한, 이 기술을 이용하여 앞에서 제안한 디지털 마이크로미러 어레이를 제작하여 정적, 동적 구동 특성 및 광학적 특성을 살펴보았다.
마지막으로, 이러한 3차원 미소구조체 기술로 제작된 디지털 마이크로미러 어레이를 이용하여 간단한 광 프로젝션 시스템을 구현하기 위해 모색하였다. 제작된 디지털마이크로미러 어레이의 칩을 제작하였고, 어레이 구동을 위한 구동회로 보드를 제작하여 그 특성을 살펴보았다.
이 학위논문에서 제안한 디지털마이크로미러 소자는 그 구조가 간단하여 수율이 높고 좋은 동적 특성을 보일 것으로 예상된다. 또한 새롭게 구현한 3차원 미소구조체 기술 또한, 일반적이고 포괄적인 3차원 미소구조체 구현에 관한 것으로 집적회로와 미소기전 시스템의 다양한 분야에 적용될 것으로 예상된다.
