KR100248995B1 - 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 장치는, M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 그 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스와 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터, 그리고 상기 액티브 매트릭스의 배면에 접착되며 다수의 구멍들이 형성된 금속판을 포함한다. 상기 액츄에이터는 지지층, 하부 전극, 변형층, 그리고 상부 전극을 포함한다. 전도성 접착제를 사용하여 상기 금속판과 상기 액티브 매트릭스가 평탄하게 접착됨으로써, 상기 액티브 매트릭스에 발생한 bow를 보정할 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법
본 발명은 AMA(Actuated Mirror Array)를 이용한 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액티브 매트릭스의 보우(bow)를 보정하여 균일한 화상을 구현할 수 있는 박막형 광로 조절 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 광로 조절 장치 또는 공간적 광 변조기(spatial light modulator)는 광통신, 화상 처리, 그리고 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시 장치(direct-view image display device)와 투사형 화상 표시 장치(projection-type image display device)로 구분된다.
직시형 화상 표시 장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다. 투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), DMD(Deformable Mirror Device) 및 AMA를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(transmissive spatial light modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기(reflective spatial light modulators)로 분류될 수 있다.
LCD와 같은 전송 광 변조기는 광학적 구조가 매우 간단하므로, 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 빛의 극성으로 인하여 광효율이 낮으며, 액정 재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답 속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광 변조기의 최대 광효율은 1 내지 2 % 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다. 따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 DMD 및 AMA와 같은 광 변조기가 개발되었다.
DMD는 5％ 정도의 비교적 양호한 광효율을 나타내지만, DMD에 채용된 힌지 구조물에 의해서 심각한 피로 문제가 발생할 뿐만 아니라, 매우 복잡하고 값비싼 구동 회로가 요구된다는 단점이 있다. AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사된 빛이 슬릿(slit)이나 핀홀(pinhole)과 같은 개구(aperture)를 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺도록 광을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서, 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD나 DMD에 비해 높은 광효율(10% 이상의 광효율)을 얻을 수 있다. 또한, 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트(contrast)가 향상되어 밝고 보다 선명한 화상을 얻을 수 있다.
AMA의 각 액츄에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 신호에 의하여 발생되는 전기장에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액츄에이터가 변형을 일으킬 때 그 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서, 상기 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시켜 스크린 상에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 상기 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O3) 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 등의 압전 물질이 이용된다. 또한, PMN(Pb(Mg, Nb)O3) 등의 전왜 물질로서 상기 액츄에이터를 구성할 수도 있다.
이러한 AMA 장치는 크게 벌크형(bulk type)과 박막형(thin film type)으로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는 Gregory Um 등에게 허여된 미합중국 특허 제5,085,497호에 개시되어 있다. 벌크형 광로 조절 장치는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후, 쏘잉(sawing) 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치함으로써 이루어진다. 그러나, 벌크형 광로 조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되며, 변형층의 응답이 느리다는 단점이 있다.
이에 따라, 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다. 상기 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 1996년 9월 24일 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허 출원 제96-42197호(발명의 명칭: 멤브레인의 스트레스를 조절할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법)에 개시되어 있다.
도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 단면도를 도시한 것이다.
도 1을 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치(70)는 액티브 매트릭스(1) 및 액츄에이터(60)를 포함한다. 그 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 모스(Metal Oxide Semiconductor : MOS) 트랜지스터가 내장되고 일측 표면에 드레인 패드(5)가 형성된 액티브 매트릭스(1)는, 상기 액티브 매트릭스(1) 및 드레인 패드(5)의 상부에 적층된 보호층(10)과 보호층(10)의 상부에 적층된 식각 방지층(15)을 포함한다.
상기 액츄에이터(60)는, 상기 식각 방지층(15) 중에서 그 아래에 드레인 패드(5)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(25)을 개재하여 상기 식각 방지층(15)과 평행하도록 적층된 멤브레인(30), 멤브레인(30)의 상부에 적층된 하부 전극(35), 하부 전극(35)의 상부에 적층된 변형층(40), 변형층(40)의 상부에 적층된 상부 전극(45), 그리고 상기 변형층(40)의 일측으로부터 변형층(40), 하부 전극(35), 멤브레인(30), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 통하여 상기 드레인 패드(5)까지 수직하게 형성된 비어 홀(50)의 내부에 하부 전극(35)과 드레인 패드(5)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(55)을 포함한다.
상기 상부 전극(45)의 일부에는 스트라이프(46)가 형성된다. 스트라이프(46)는 상부 전극(45)을 균일하게 작동시켜 광원으로부터 입사되는 빛의 난반사를 방지한다.
이하, 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 설명한다.
먼저, n형으로 도핑된 실리콘으로 이루어지며 M×N 개의 P-MOS 트랜지스터가 내장되고 그 일측 상부에 드레인 패드(5)가 형성된 액티브 매트릭스(1) 상에 인 실리케이트 유리(Phosphor-Silicate Glass : PSG)로 구성된 보호층(10)을 형성한다. 보호층(10)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 방법을 이용하여 1．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상기 보호층(10)은 후속 공정으로부터 액티브 매트릭스(1)를 보호한다.
상기 보호층(10) 상에는 질화물로 이루어진 식각 방지층(15)이 형성된다. 식각 방지층(15)은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD : LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상기 식각 방지층(15)은 후속하는 식각 공정 동안에 보호층(19) 및 액티브 매트릭스(1)가 식각되는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(15) 상에는 희생층(20)이 형성된다. 희생층(20)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD : APCVD) 방법을 이용하여 1．0∼3．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 이 경우, 희생층(20)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)의 상부를 덮고 있으므로, 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(20)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin-On Glass : SOG)를 사용하는 방법 또는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 상기 희생층(20) 중 그 아래에 드레인 패드(5)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(15)의 일부를 노출시킴으로써 액츄에이터(60)의 지지부를 만든다.
상기 노출된 식각 방지층(15) 및 희생층(20) 상에 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 갖는 멤브레인(30)을 형성한다. 멤브레인(30)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 형성한다. 이때, 저압의 반응 용기 내에서 반응 가스의 비를 변화시키면서 멤브레인(30)을 형성함으로써, 멤브레인(30) 내의 응력(stress)을 조절한다.
상기 멤브레인(30) 상에는 백금(Pt) 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 금속으로 구성된 하부 전극(35)이 형성된다. 하부 전극(35)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 이어서, 상기 하부 전극(35)을 식각 종료점을 이용한 반응성 이온 식각 공정으로 식각하여 각 화소별로 상기 하부 전극(35)을 분리시킴으로써 각 화소들에 독자적인 제1 신호(화상 신호)가 인가되도록 한다 (Iso-Cutting 공정).
상기 하부 전극(35) 상에는 PZT로 구성된 변형층(40)이 형성된다. 변형층(40)은 졸-겔(sol-gel)법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 갖도록 스핀-코팅(spin-coating)한 후, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing : RTA) 방법으로써 상변이시킨다. 상기 변형층(40)은 상부 전극945)에 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되고 하부 전극(35)에 제1 신호가 인가되어 상부 전극(45)과 하부 전극(35) 사이에 발생하는 전위차에 따른 전기장에 의하여 변형을 일으킨다.
상부 전극(45)은 변형층(40)의 형성된다. 상기 상부 전극(45)은 알루미늄 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상부 전극(45)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 제2 신호가 인가된다. 또한, 상기 상부 전극(45)은 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다.
이어서, 상기 상부 전극(45)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 이때, 상기 상부 전극(45)의 일측에 스트라이프(46)가 형성되도록 패터닝한다. 계속해서, 상기 변형층(40) 및 하부 전극(35)을 순차적으로 소정의 화소 형상으로 패터닝한다.
계속하여, 상기 변형층(40)의 일측으로부터 드레인 패드(5)의 상부까지 변형층(40), 하부 전극(35), 멤브레인(30), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 순차적으로 식각함으로써 비어 홀(50)을 형성한다. 이어서, 텅스텐, 백금 또는 탄탈륨 등의 금속을 리프트-오프 방법으로 증착하여 상기 드레인 패드(5)와 하부 전극(35)을 전기적으로 연결시키는 비어 컨택(55)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택(55)은 비어 홀(50) 내에서 하부 전극(35)으로부터 드레인 패드(5)의 상부까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(55)을 통하여 하부 전극(10)에 인가된다.
이어서, 상기 비어 컨택(55)이 형성된 결과물 전면에 포토레지스트(도시하지 않음)를 도포하고 이를 패터닝하여 상기 멤브레인(30)을 노출시킨다. 이어서, 상기 포토레지스트를 식각 마스크로 사용하여 상기 멤브레인(30)을 식각함으로써 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 계속해서, 상기 포토레지스트를 식각 마스크로 사용하여 49% 플루오르화 수소(HF) 증기에 의해 상기 희생층(20)을 식각함으로써 에어 갭(59)을 형성한 후, 세정 및 건조하여 박막형 광로 조절 장치(70)를 완성한다.
상술한 박막형 광로 조절 장치(70)에 있어서, 제1 신호는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 MOS 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(55)을 통하여 하부 전극(35)에 인가된다. 또한, 상부 전극(45)에는 제2 신호가 인가되어 상부 전극(45)과 하부 전극(35) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극(45)과 하부 전극(35) 사이에 적층되어 있는 변형층(40)이 변형을 일으킨다. 변형층(40)은 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 변형층(40)을 포함하는 액츄에이터(60)는 멤브레인(30)이 형성되어 있는 방향의 반대 방향으로 휘어진다. 따라서, 액츄에이터(60) 상부의 상부 전극(45)도 같은 방향으로 경사진다. 광원으로부터 입사되는 빛은 상부 전극(45)에 의해 소정의 각도로 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.
그러나, 상술한 종래의 박막형 광로 조절 장치에 의하면, 액티브 매트릭스 상에 여러 박막들을 적층하는 동안 그 응력의 불균형이 야기되어 도 3에 도시된 바와 같이 액티브 매트릭스(70)의 양끝이 휘어지는 bow현상이 발생한다. 이러한 bow는 액츄에이터에 초기 경사각(initial tilting angle)이 있는 것과 유사하게 작용하기 때문에, 스크린 상에서 양끝의 화면 밝기가 다르게 나타나는 문제가 발생한다.
따라서, 본 발명의 목적은 액티브 매트릭스의 bow를 보정하여 균일한 화상을 구현할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 장치의 bow를 도시한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 중 지지층의 평면도이다.
도 4는 도 3의 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도이다..
도 5는 도 4에 도시한 금속판의 평면도이다.
도 6a 내지 도 6f는 도 4에 도시한 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 액티브 매트릭스105 : 제1 금속층
110 : 제1 보호층115 : 제2 금속층
120 : 제2 보호층125 : 식각 방지층
130 : 희생층135 : 지지층
140 : 하부 전극145 : 변형층
150 : 상부 전극165 : 비어 홀
170 : 비어 컨택190 : 에어 갭
200 : 액츄에이터210 : 금속판
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 그 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터, 그리고 그 배면에 접착되며 다수의 구멍이 형성된 금속판(metal plate)을 포함하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다. 상기 액츄에이터는, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하게 형성된 지지층, 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 그리고 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극을 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 그 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 상기 액티브 매트릭스의 상부에, i) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하게 지지층을 형성하는 단계, ii) 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, iii) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, 및 iv) 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계를 갖는 액츄에이터를 형성하는 단계; 그리고 다수의 구멍이 형성된 금속판을 상기 액티브 매트릭스의 배면에 접착시키는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 전달된 제1 신호(화상 신호)는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택을 통해 하부 전극에 인가된다. 동시에, 상부 전극에는 외부로부터 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되어 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성된 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 상기 액츄에이터는 소정의 각도로 휘게 된다. 빛을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상부 전극은 액츄에이터의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터와 함께 경사진다. 이에 따라서, 상부 전극은 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 빛은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 의하면, bow가 발생한 액티브 매트릭스의 배면에 전도성 접착제를 사용하여 금속판을 접착시킨다. 상기 금속판은 진공 척(vacuum chuck)을 통해 에어(air)를 뽑을 수 있도록 다수의 구멍들이 뚫려져 있다. 따라서, 상기 액티브 매트릭스와 금속판을 전도성 접착제를 사용하여 접착시킨 후, 진공 척으로 상기 접착제가 응고되기 전에 상기 금속판의 구멍들을 통하여 에어를 뽑아 냄으로써 상기 금속판과 상기 액티브 매트릭스를 접착시킨다. 그 결과, 상기 액티브 매트릭스는 금속판의 상부에 평탄하게 접착됨으로써, 액티브 매트릭스에 발생한 bow를 보정할 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 중 지지층의 평면도를 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치(300)는 액티브 매트릭스(100), 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(200), 그리고 액티브 매트릭스(100)의 하부에 부착된 금속판(210)을 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(100)는, 바람직하게는 n형 실리콘으로 이루어지며M×N(M, N은 정수) 개의 P-MOS 트랜지스터가 내장된다. 또한, 상기 액티브 매트릭스(100)는 액티브 매트릭스(100)의 상부에 적층된 제1 금속층(105), 제1 금속층(105)의 상부에 적층된 제1 보호층(110), 제1 보호층(110)의 상부에 적층된 제2 금속층(115), 제2 금속층(115)의 상부에 적층된 제2 보호층(120), 그리고 제2 보호층(120)의 상부에 적층된 식각 방지층(125)을 포함한다. 제1 금속층(105)은 제1 신호(화상 신호)를 전달하기 위하여 상기 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 연장된 드레인 패드를 포함한다. 제2 금속층(115)은 티타늄(Ti)을 사용하여 적층한 제1 층(115a) 및 질화 티타늄(TiN)을 사용하여 적층한 제2 층(115b)을 포함한다.
상기 액츄에이터(200)는, 상기 식각 방지층(125) 중 아래에 제1 금속층(105)의 드레인 패드가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(190)을 개재하여 식각 방지층(125)과 평행하게 형성된 단면을 갖는 지지층(135), 지지층(135)의 상부에 형성된 하부 전극(140), 하부 전극(140)의 상부에 형성된 변형층(145), 변형층(145)의 상부에 형성된 상부 전극(150), 그리고 상기 변형층(145)의 일측으로부터 변형층(145), 하부 전극(140), 지지층(135), 식각 방지층(125), 제2 보호층(120) 및 제1 보호층(110)을 통하여 상기 드레인 패드까지 수직하게 형성된 비어 홀(165)의 내부에 상기 하부 전극(140)과 드레인 패드가 연결되도록 형성된 비어 컨택(170)을 포함한다.
또한, 도 3을 참조하면 상기 지지층(135)의 평면의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 상기 지지층(135)의 평면의 타측은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 지지층(135)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분에 끼워지게 된다. 상기 상부 전극(150)의 중앙부에는 상부 전극(150)을 균일하게 작동시켜 광원으로부터 입사되는 광의 난반사를 방지하기 위한 스트라이프(160)가 형성된다.
도 5는 도 4에 도시한 금속판의 평면도이다. 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치(300)의 배면에는 금속판(210)이 전도성 접착제(250)에 의해 접착되어 있다. 상기 금속판(210)에는 도 6에 도시된 바와 같이, 진공 척을 통해 에어를 뽑을 수 있도록 다수의 구멍(220)들이 뚫려져 있다. 본 발명의 박막형 광로 조절 장치(300)의 액티브 매트릭스(100)에는 종래의 것과 마찬가지로 bow가 발생하지만, 금속판(210)의 상부에 평탄하게 접착됨으로써 상기 액티브 매트릭스(100)의 bow를 보정할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6a 내지 도 6f는 도 4에 도시한 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정도이다.
도 6a를 참조하면, M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장된 반도체 기판인 액티브 매트릭스(100)의 상부에 제1 금속층(105)을 형성한 후, 이를 사진 식각 공정으로 패터닝한다. 상기 제1 금속층(105)은 텅스텐, 티타늄 등으로 구성되며, 상기 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 후에 형성되는 지지층(135)의 일측까지 연장되는 드레인 패드를 포함한다.
이어서, 상기 제1 금속층(105) 및 액티브 매트릭스(100)의 상부에 제1 보호층(110)을 형성한다. 제1 보호층(110)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 증착하여 0．8∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 제1 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호한다.
계속하여, 상기 제1 보호층(110)의 상부에 제2 금속층(115)을 형성한다. 제2 금속층(115)은 티타늄으로 구성된 제1 층(115a) 및 질화 티타늄으로 구성된 제2 층(115b)을 포함한다. 상기 제1 층(115a)은 티타늄을 스퍼터링하여 300Å 정도의 두께를 가지도록 형성하며, 상기 제2 층(115b)은 질화 티타늄을 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition : PVD) 방법으로 증착하여 1200Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 제2 금속층(115)은 광원으로부터 입사되는 광이 반사층인 상부 전극(150) 뿐만 아니라, 상부 전극(150)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(100) 내로 광전류(photo current)가 흘러 소자가 오동작을 일으키는 것을 방지한다. 그리고, 후속 공정에서 형성되는 지지층(135)이 상기 액티브 매트릭스(100) 상에 접촉되는 부분의 일측, 즉, 비어 컨택(170)이 형성될 위치를 고려하여, 상기 비어 컨택(170)보다 넓게 상기 제2 금속층(115)의 일부를 식각하여 제1 보호층(110)을 노출시킨다.
도 6b를 참조하면, 상기 제2 금속층(115)의 상부에 제2 보호층(120)을 형성한다. 제2 보호층(120)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 사용하여 2000Å 정도의 두께로 형성한다. 상기 제2 보호층(120) 역시 후속하는 공정 동안 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터가 손상을 입게 되는 것을 방지한다.
이어서, 상기 제2 보호층(120)의 상부에 식각 방지층(125)을 형성한다. 식각 방지층(125)은 상기 액티브 매트릭스(100) 및 제2 보호층(120)이 후속되는 식각 공정으로 인하여 식각되는 것을 방지한다. 상기 식각 방지층(125)은 질화물(Si3N4)을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 증착하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다.
계속하여, 상기 식각 방지층(125)의 상부에 희생층(130)을 형성한다. 희생층(130)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 2．0∼3．0㎛ 정도의 두께로 증착하여 형성한다. 이 경우, 희생층(130)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법 또는 화학 기계적 연마(CMP) 방법을 이용하여 상기 희생층(130)이 1．1㎛ 정도의 두께가 되도록 상기 희생층(130)의 표면을 연마함으로써 평탄화시킨다. 이어서, 상기 희생층(130) 중 아래에 드레인 패드가 형성된 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(125)의 일부를 노출시킴으로써, 액츄에이터(200)의 지지부(132)를 형성한다.
도 6c를 참조하면, 지지층(135)을 상기 노출된 식각 방지층(125)의 상부 및 희생층(130)의 상부에 형성한다. 지지층(135)은 질화물 또는 금속 등의 경질의 물질을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.
이어서, 하부 전극(140)을 상기 지지층(135)의 상부에 형성한다. 하부 전극(140)은 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 금속을 스퍼터링하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 하부 전극(140)을 각 화소별로 분리시킴으로써 각 화소들에 독립적인 제1 신호가 인가되도록 한다 (Iso-Cutting 공정). 상기 하부 전극(140)에는 외부로부터 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터를 통하여 제1 신호(화상 신호)가 인가된다.
계속하여, 상기 하부 전극(140)의 상부에 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질을 사용하여 변형층(145)을 형성한다. 변형층(145)은 졸-겔법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는, 0．4㎛의 두께로 형성한다. 이어서, 급속 열처리(RTA) 방법으로 상기 변형층(145)을 구성하는 압전 물질을 열처리하여 상변이시키고 분극시킨다.
다음에, 상부 전극(150)을 상기 변형층(145)의 상부에 형성한다. 상부 전극(150)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 또는 백금(Pt) 등의 금속을 스퍼터링하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 상부 전극(150)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 제2 신호(바이어스 신호)가 인가된다. 상기 상부 전극(150)은 전기 전도성 및 반사성이 우수하므로 전기장을 발생시키는 바이어스 전극의 기능뿐만 아니라 입사되는 광원으로부터 빛을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다.
계속하여, 상기 상부 전극(150)으로부터 순차적으로 상부 전극(150), 변형층(145), 그리고 하부 전극(140)을 소정의 화소 형상을 갖도록 패터닝한다. 이 경우, 상기 상부 전극(150)의 일측에는 상부 전극(150)의 동작을 균일하게 하여 광원으로부터 입사되는 광이 난반사되는 것을 방지하는 스트라이프(160)가 형성된다.
도 6d를 참조하면, 상기 변형층(145)의 일측으로부터 변형층(145), 하부 전극(140), 지지층(135), 식각 방지층(125), 제2 보호층(120), 및 제1 보호층(110)을 차례로 식각하여 비어 홀(165)을 형성한다. 따라서, 비어 홀(165)은 상기 변형층(145)의 일측으로부터 상기 제1 금속층(105)의 드레인 패드까지 형성된다. 이어서, 상기 비어 홀(165)의 내부에 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 또는 티타늄(Ti) 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 증착시켜 비어 컨택(170)을 형성한다. 비어 컨택(170)은 상기 제1 금속층(105)의 드레인 패드와 하부 전극(140)을 전기적으로 연결한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택(170)을 통하여 하부 전극(140)에 인가된다. 계속하여, 상기 지지층(135)을 소정의 화소 형상을 갖도록 패터닝한다.
도 6e를 참조하면, 상기 희생층(130)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 식각하여 에어 갭(190)을 형성한 후, 헹굼 및 건조(rinse and dry) 처리를 수행하여 박막형 광로 조절 장치(300)를 완성한다. 이때, 액티브 매트릭스(100)는 그 상부에 적층된 여러 박막들 간의 응력 불균형으로 인하여 그 양끝이 휘어지는 bow현상이 발생한다.
도 6f를 참조하면, 상기와 같이 bow가 발생한 액티브 매트릭스(100)의 배면에 전도성 접착제(250)를 이용하여 금속판(210)을 접착시킨다. 금속판(210)은 그 전체에 다수의 구멍(220)들이 형성되어 있다. 이어서, 진공 척(240)을 사용하여 상기 전도성 접착제(250)가 응고되기 전에 상기 금속판(210)의 구멍(220)들을 통하여 액티브 매트릭스(100)와 금속판(210) 사이의 에어를 뽑아 냄으로써, 상기 금속판(210)과 액티브 매트릭스(100)가 전도성 접착제(250)를 통하여 평탄하게 접착되도록 한다. 그 결과, 상기 액티브 매트릭스(100)에 발생한 bow를 보정할 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택(170)을 통해 하부 전극(140)에 인가된다. 동시에, 상부 전극(150)에는 외부로부터 공통 전극선을 통하여 제2 신호가 인가되어 상부 전극(150)과 하부 전극(140) 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(150)과 하부 전극(140) 사이의 변형층(145)이 변형을 일으킨다. 변형층(145)은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 상기 액츄에이터(200)는 소정의 각도로 휘게 된다. 빛을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상부 전극(150)은 액츄에이터(200)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(200)와 함께 경사진다. 이에 따라서, 상부 전극(150)은 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 빛은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 의하면, bow가 발생한 액티브 매트릭스의 배면에 전도성 접착제를 사용하여 금속판을 접착시킨다. 상기 금속판은 진공 척을 통해 에어를 뽑을 수 있도록 다수의 구멍들이 형성되어 있다. 따라서, 상기 액티브 매트릭스와 금속판을 전도성 접착제에 의해 접착시킨 후, 진공 척으로 상기 접착제가 응고되기 전에 상기 금속판의 구멍들을 통하여 에어를 뽑아 냄으로써 상기 금속판과 액티브 매트릭스를 접착시킨다. 그 결과, 상기 액티브 매트릭스는 금속판의 상부에 평탄하게 접착됨으로써, 액티브 매트릭스에 발생한 bow를 보정할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (4)

  1. M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 그 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스(100);
    상기 액티브 매트릭스(100)의 상부에, i) 상기 액티브 매트릭스(100)의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(190)을 개재하여 상기 액티브 매트릭스(100)와 평행하게 형성된 지지층(135), ii) 상기 지지층(135)의 상부에 형성된 하부 전극(140), iii) 상기 하부 전극(140)의 상부에 형성된 변형층(145), 및 iv) 상기 변형층(145)의 상부에 형성된 상부 전극(150)을 갖는 액츄에이터(200); 그리고
    상기 액티브 매트릭스(100)의 배면에 접착되며 다수의 구멍(220)형성된 금속판(210)을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 금속판(210)은 전도성 접착제(250)를 사용하여 상기 액티브 매트릭스(100)의 배면에 접착된 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치 패널.
  3. M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 그 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계;
    상기 액티브 매트릭스의 상부에, i) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하게 지지층을 형성하는 단계, ii) 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, iii) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, 및 iv) 상기 변형층의 일측 상부에 상부 전극을 형성하는 단계를 갖는 액츄에이터를 형성하는 단계; 그리고
    다수의 구멍이 형성된 금속판을 상기 액티브 매트릭스의 배면에 접착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 액티브 매트릭스의 배면에 금속판을 접착시키는 단계는, 다수의 구멍들이 형성된 상기 금속판을 전도성 접착제를 사용하여 상기 액티브 매트릭스의 배면에 접착시키는 단계 및 진공 척을 이용하여 상기 금속판의 구멍들로부터 상기 액티브 매트릭스와 상기 금속판 사이의 에어를 뽑아 내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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