KR100251098B1 - 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

변형층을 용이하게 식각할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드를 갖는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계, 그리고 ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 상기 액티브 매트릭스의 하부와 평행하도록 제1층을 적층하는 단계, ⅱ) 상기 제1층의 상부에 하부 전극층을 적층하는 단계, ⅲ) 상기 하부 전극층의 상부에 제2층을 적층하는 단계, ⅳ) 상기 제2층의 상부에 상부 전극층을 형성하는 단계, ⅴ) 상기 상부 전극층을 패터닝하여 상부 전극을 형성하는 단계, ⅵ) 상기 제2층 중 상기 제1층이 상기 액티브 매트릭스에 접하는 부분을 일차로 패터닝하는 단계 및 상기 제2층을 이차로 패터닝하는 단계를 포함하여 변형층을 형성하는 단계, ⅶ) 상기 하부 전극층을 패터닝하여 하부 전극을 형성하는 단계, 및 ⅷ) 상기 제1층을 패터닝하여 지지층을 형성하는 단계를 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법에 따르면, 변형층을 두 단계 공정에 의해 패터닝하여 액츄에이터의 지지부와 그 이외 부분에서 변형층의 두께를 균일하게 함으로써, 후속하는 식각 공정의 조절이 용이하게 하며, 변형층의 식각으로 인해 하부 전극이 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 제조 방법
본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Arrays)의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변형층을 두 단계 공정에 의해 패터닝하여 액츄에이터의 지지부와 그 이외 부분에서 변형층의 두께를 균일하게 함으로써, 후속하는 식각 공정의 조절이 용이하게 하며, 변형층의 식각으로 인해 하부 전극이 손상을 입는 것을 방지하여 안정한 액츄에이터를 형성할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 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, 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 상기 광로 조절 장치 또는 공간적 광 변조기를 이용한 화상 처리 장치는 통상적으로 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), 디포머블 미러 어레이(Deformable Mirror Device; DMD) 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 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서, 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD나 DMD에 비해 높은 광효율(10% 이상의 광효율)을 얻을 수 있다. 또한, 콘트라스트(contrast)가 향상되어 밝고 선명한 화상을 얻을 수 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 제 5,085,497호에 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 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치함으로써 이루어진다. 그러나, 벌크형 광로 조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되며, 변형부의 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 24일에 특허 출원한 특허출원 제96-42197호(발명의 명칭：멤브레인의 스트레스를 조절할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법)에 개시되어 있다.
도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(1) 및 액츄에이터(60)를 포함한다. 그 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 모스(metal oxide semiconductor; MOS) 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(5)가 형성된 액티브 매트릭스(1)는, 상기 액티브 매트릭스(1) 및 드레인 패드(5)의 상부에 적층된 보호층(passivation layer)(10)과 보호층(10)의 상부에 적층된 식각 방지층(15)을 포함한다.
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 액티브 매트릭스(1)와 평행하도록 적층된 멤브레인(30), 상기 멤브레인(30)의 상부에 적층된 하부 전극(35), 상기 하부 전극(35)의 상부에 적층된 변형층(40), 상기 변형층(40)의 상부에 적층된 상부 전극(45), 상기 변형층(40)의 일측으로부터 하부 전극(35), 멤브레인(30), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 통하여 상기 드레인 패드(5)까지 수직하게 형성된 비어 홀(50) 내에 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. 상기 스트라이프(46)는 상부 전극(45)을 균일하게 작동시켜 광원으로부터 입사되는 빛의 난반사를 방지한다.
이하, 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도 3a 내지 3d를 참조하여 설명한다.
도 3a를 참조하면, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 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. 상기 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. 상기 식각 방지층(15)은 저압 화학 기상 증착(low pressure CVD; LPCVD) 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상기 식각 방지층(15)은 후속하는 식각 공정 동안에 보호층(10) 및 액티브 매트릭스(1)가 식각되는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(15) 상에는 희생층(20)이 형성된다. 상기 희생층(20)은 인(P)의 농도가 높은 PSG를 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 액츄에이터의 지지부가 형성될 위치를 만든다.
도 3b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(15) 및 희생층(20) 상에 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께로 멤브레인(30)을 형성한다. 상기 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 예컨대 백금(Pt)-탄탈륨(Ta)으로 구성된 하부 전극(35)이 형성된다. 이어서, 상기 하부 전극(35)을 식각하여 각 화소별로 상기 하부 전극(35)을 단락시킴으로써 각 화소들에 독립적인 제1 신호(화상 신호)가 인가되도록 한다(Iso­Cut 식각 공정).
상기 하부 전극(35) 상에는 PZT 또는 PLZT로 구성된 변형층(40)이 형성된다. 상기 변형층(40)은 졸-겔(sol-gel)법을 이용하여 0.1∼1.0㎛, 바람직하게는 0.4㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한 후, 급속 열처리(rapid thermal annealing; RTA) 방법으로써 상변이시킨다. 상기 변형층(40)은 공통 전극인 상부 전극(45)과 신호 전극인 하부 전극(35) 사이에 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으키다.
상기 상부 전극(45)은 변형층(40)의 상부에 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. 공통 전극인 상부 전극(45)에는 제2 신호(바이어스 신호)가 인가된다. 또한, 상기 상부 전극(45)은 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다.
도 3c를 참조하면, 상기 상부 전극(45)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 이때, 상기 상부 전극(45)의 일측 상부에 스트라이프(46)가 형성되도록 패터닝한다. 계속해서, 상기 변형층(40) 및 하부 전극(35)을 순차적으로 소정의 화소 형상으로 패터닝한 후, 변형층(40)의 일측 상부로부터 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 티타늄 등의 금속을 리프트-오프 방법으로 증착하여 상기 드레인 패드(5)와 하부 전극(35)을 전기적으로 연결시키는 비어 컨택(55)을 형성한다. 따라서, 상기 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(35)에 인가된다.
도 3d를 참조하면, 상기 비어 컨택(55)이 형성된 결과물 전면에 포토레지스트층(도시하지 않음)을 도포하고 이를 패터닝하여 상기 멤브레인(30)을 노출시킨다. 이어서, 상기 포토레지스트층을 식각 마스크로 사용하여 상기 멤브레인(30)을 이방성 식각함으로써 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 계속해서, 상기 포토레지스트층을 식각 마스크로 사용하여 49% 플루오르화 수소(HF) 증기에 의해 상기 희생층(20)을 등방성 식각함으로써 에어 갭(25)을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트층을 제거하고, 남아있는 식각 용액을 제거하기 위하여 세정 및 건조 공정을 실시함으로써 AMA 소자를 완성한다.
상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 MOS 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(55)을 통하여 하부 전극(35)에 인가된다. 또한, 외부로부터 공통 전극선을 통하여 상부 전극(45)에는 제2 신호가 인가되어 상부 전극(45)과 하부 전극(35) 사이에 전기장이 발생한다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(45)과 하부 전극(35) 사이에 적층되어 있는 변형층(40)이 변형을 일으킨다. 변형층(40)은 상기 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 변형층(40)을 포함하는 액츄에이터(60)는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘게 된다. 그러므로 액츄에이터(60) 상부의 상부 전극(45)도 같은 방향으로 경사진다. 광원으로부터 입사되는 빛은 소정의 각도로 경사진 상부 전극(45)에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.
상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 멤브레인은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 방법을 이용하여 형성하고, 하부 전극 및 상부 전극은 스퍼터링 방법과 같은 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition : PVD) 방법을 이용하여 형성하므로 액츄에이터의 지지부 부분과 그 외 부분의 단차는 크게 차이가 나지 않는다. 그러나, 변형층은 졸-겔법을 이용하여 형성하므로, 액츄에이터의 지지부 부분과 그 이외 부분간에는 단차가 크게 발생한다. 따라서, 상기 적층된 박막들을 패터닝하여 소정의 형상을 갖는 화소를 형성할 때, 변형층을 화소 형상으로 식각하기 위해서는 식각 조건을 정확하게 조절해야 하므로 식각 공정의 재현성이 떨어지게 된다. 즉, 변형층 중 액츄에이터의 지지부 부분의 두께가 타 부분의 두께보다 두꺼우므로 변형층의 패터닝 시, 타 부위는 식각이 과도하게 진행되어 변형층의 하부에 형성된 하부 전극이 손상을 입게 되는 문제점이 있었다. 이와 같이, 식각이 과도하게 진행되어 하부 전극이 손상을 받게 되면, 외부로부터 인가된 제1 신호가 하부 전극에 고르게 인가되지 못하므로 변형층이 변형을 일으키지 못하게 되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 변형층을 화소 형상으로 패터닝할 때 액츄에이터의 지지부 부분을 일차로 식각하여 변형층의 두께를 균일하게 함으로써, 후속하는 식각 공정의 조절이 용이하게 하도록 하고, 변형층의 식각으로 인해 하부 전극이 손상을 입는 것을 방지하여 안정한 액츄에이터를 형성할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 출원인이 선행 출원한 박막형 광로 조절 장치 중 멤브레인의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 중 지지층의 평면도이다.
도 5는 도 4의 장치 중 'B' 부분을 확대한 평면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 장치를 C­C′선으로 자른 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100：액티브 매트릭스 105 : 드레인 패드
110：보호층 115 : 식각 방지층
120 : 희생층 125：지지층
130：하부 전극 135 : 변형층
140：상부 전극 145：비어 홀
150：비어 컨택 155：iso-cut
160：에어 갭 200 : 액츄에이터
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드를 갖는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계, 그리고 상기 액티브 매트릭스의 상부에 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다. 상기 액츄에이터를 형성하는 단계는, ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 상기 액티브 매트릭스의 하부와 평행하도록 제1층을 적층하는 단계, ⅱ) 상기 제1층의 상부에 하부 전극층을 적층하는 단계, ⅲ) 상기 하부 전극층의 상부에 제2층을 적층하는 단계, ⅳ) 상기 제2층의 상부에 상부 전극층을 형성하는 단계, ⅴ) 상기 상부 전극층을 패터닝하여 상부 전극을 형성하는 단계, ⅵ) 상기 제2층 중 상기 제1층이 상기 액티브 매트릭스에 접하는 부분을 일차로 패터닝하는 단계 및 상기 제2층을 이차로 패터닝하는 단계를 포함하여 변형층을 형성하는 단계, ⅶ) 상기 하부 전극층을 패터닝하여 하부 전극을 형성하는 단계, 및 ⅷ) 상기 제1층을 패터닝하여 지지층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택을 통하여 하부 전극에 인가된다. 또한, 상부 전극에는 외부로부터 공통 전극선을 통하여 제2 신호가 인가되어 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성되어 있는 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 발생한 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 변형층을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도로 휘어진다. 따라서 액츄에이터 상부의 상부 전극도 같은 방향으로 경사진다. 광원으로부터 입사되는 빛은 상기와 같이 소정의 각도로 경사진 상부 전극에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.
그러므로, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 따르면, 변형층 중 액츄에이터의 지지부와 그 이외 부분의 단차를 줄이기 위하여 액츄에이터의 지지부 상에 형성된 부분을 일차로 식각한 후 나머지 부분을 화소 형상으로 패터닝함으로써, 액츄에이터의 지지부 부분과 그 이외 부분에서 변형층의 두께를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 변형층 두께의 불균형으로 인한 과도한 식각에 의하여 하부 전극이 손상을 입는 것을 방지할 수 있다. 또한, 식각 깊이의 조절을 용이하게 하며 식각 공정의 재현성을 높일 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 중 지지층의 평면도이며, 도 5는 도 4에 도시한 장치 중 'B' 부분을 확대한 평면도이며, 도 6은 도 4에 도시한 장치를 C­C′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 M×N 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(100)와 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(200)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(100)는 상기 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 연장되어 액티브 매트릭스(100)의 일측 상부에 형성된 드레인 패드(105), 드레인 패드(105) 및 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 보호층(110), 그리고 보호층(110)의 상부에 형성된 식각 방지층(115)을 포함한다.
상기 액츄에이터(200)는 상기 식각 방지층(115)에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(160)을 개재하여 상기 액티브 매트릭스(100)의 하부와 평행하게 형성된 지지층(125), 지지층(125)의 상부에 형성된 하부 전극(130), 하부 전극(130)의 상부에 형성된 변형층(135), 변형층(135)의 상부에 형성된 상부 전극(140), 상기 변형층(135)의 일측으로부터 변형층(135), 하부 전극(130), 지지층(125), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 통하여 상기 드레인 패드(105)의 상부까지 형성된 비어 홀(145), 그리고 상기 비어 홀(145) 내에 상기 하부 전극(130)과 드레인 패드(105)가 연결되도록 형성된 비어 컨택(150)을 포함한다.
또한, 도 4를 참조하면 상기 지지층(125)의 평면은, 일측이 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성되고, 타측이 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 지지층(125)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 지지층의 돌출된 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분에 끼워지게 된다. 본 발명의 지지층(125)은 상기 선행 출원에 기재된 멤브레인(30)의 기능을 수행한다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 7a 내지 도 7d는 도 4에 도시한 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다. 도 7a 내지 7d에 있어서, 도 4와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 7a를 참조하면, 내부에 M×N 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있는 액티브 매트릭스(100)의 상부에 드레인 패드(105)를 형성한다. 드레인 패드(105)는 텅스텐 또는 티타늄 등의 금속을 사용하여 4000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 드레인 패드(105)는 외부로부터 인가되어 액티브 매트릭스(100)에 내장된 MOS 트랜지스터를 통하여 전달된 제1 신호를 비어 컨택(150)에 전달하는 역할을 한다.
이어서, 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호하기 위하여 상기 드레인 패드(105) 및 액티브 매트릭스(100)의 상부에 보호층(110)을 형성한다. 보호층(110)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1. 0∼2. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터가 손상을 입게 되는 것을 방지한다.
상기 보호층(110)의 상부에는 식각 방지층(115)이 적층된다. 식각 방지층(115)은 질화물(nitride)을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 식각 방지층(115)은 상기 액티브 매트릭스(100) 및 보호층(110)이 후속되는 식각 공정으로 인하여 식각되는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(115)의 상부에는 희생층(120)이 적층된다. 희생층(120)은 인(P)을 고농도로 함유한 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 2．0∼3．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(120)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(120)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP 방법을 이용하여 상기 희생층(120)이 1. 1㎛ 정도의 두께가 되도록 희생층(120)의 표면을 연마함으로써 평탄화시킨다. 이어서, 상기 희생층(120) 중 아래에 드레인 패드(105)가 형성된 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(115)의 일부를 노출시켜 액츄에이터의 지지부(200a)가 형성될 위치를 만든다.
도 7b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(115) 및 희생층(120)의 상부에 제1층(124)을 적층한다. 상기 제1층(124)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제1층(124)은 후에 지지층(125)으로 패터닝된다.
상기 제1층(124)의 상부에 전기 전도성이 우수한 백금, 탄탈륨, 또는 백금-탄탈륨 등의 금속을 사용하여 하부 전극층(129)을 형성한다. 하부 전극층(129)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 하부 전극층(129)을 각각의 화소별로 독립적인 제1 신호를 인가하기 위하여 하부 전극층(129)을 Iso-Cutting한다. 하부 전극층(129)은 후에 제1 신호가 인가되는 하부 전극(130)으로 패터닝된다. 외부로부터 인가된 제1 신호가 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(150)을 통하여 하부 전극(130)에 인가된다.
상기 하부 전극층(129)의 상부에는 제2층(134)이 적층된다. 제2층(134)은 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질을 사용하여 4000∼6000Å, 바람직하게는 4000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제2층(134)은 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 형성한 후, 급속 열처리(RTA) 방법을 이용하여 열처리하여 상변이시킨다. 이어서, 제2층(134)을 구성하는 압전 물질을 분극(poling)시킨다. 제2층(134)은 후에 변형층(135)으로 패터닝된다.
상기 제2층(134)의 상부에는 상부 전극층(139)이 적층된다. 상부 전극층(139)은 알루미늄, 은, 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상부 전극층(139)을 소정의 화소 형상으로 패터닝하여 상부 전극(140)을 형성한다. 이 때, 상기 상부 전극층(139)은 액츄에이터의 지지부(200a)를 통과하지 않도록 스윙 형상으로 패터닝된다. 상부 전극(140)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 제2 신호가 인가된다.
도 7c를 참조하면, 상기 제2층(134)을 패터닝하여 상기 상부 전극(140)보다 넓은 면적의 화소 형상을 갖는 변형층(135)을 형성한다. 도 7b를 참조하면, 제2층(134)은 상기 제1층(124) 및 하부 전극층(129)의 상부에 형성되므로 상기 제2층(134) 중 액츄에이터의 지지부(200a) 상에 형성된 부분은 아래에 드레인 패드(105)가 형성된 식각 방지층(115)으로부터 약 6000∼8000Å 정도의 두께(d1＋d2의 두께)를 갖지만 제2층(134)의 나머지 부분은 약 4000Å 정도의 두께(d2의 두께)를 갖게 된다. 이로 인하여 제2층(134)을 소정의 화소 형상으로 패터닝할 때, 제2층(134) 중 액츄에이터의 지지부(200a) 상에 형성된 부분에 비하여 상기 제2층(134)의 나머지 부분이 과도하게 식각됨으로써 그 하부에 형성된 하부 전극층(129)이 식각되어 손상을 입는 경우가 있다. 또한, 하부 전극층(129)이 손상을 입지 않도록 제2층(134)을 식각할 수 있으나, 이러한 식각 공정은 그 식각 깊이의 제어가 어렵고 식각 공정의 재현성이 매우 낮아 제2층(134) 중 액츄에이터의 지지부(200a) 상에 형성된 부분은 충분히 식각되지 않는 문제가 있다.
그러므로, 도 7c에 도시한 바와 같이, 본 발명에서는 상기 제2층(134) 중 액츄에이터의 지지부(200a) 상에 형성된 부분을 일차로 2000∼4000Å 정도(d1의 두께)를 식각하여 그 부분의 제2층(134)의 두께가 나머지 부분의 두께와 동일하게 한다. 계속하여, 상기에서 일차로 균일한 두께를 갖도록 식각된 제2층(134)을 소정의 화소 형상으로 패터닝하므로, 종래에 비하여 그 식각 깊이의 조절이 용이하고 식각 공정의 재현성이 증가하여 하부 전극층(129)에 손상을 주지 않으면서 변형층(135)을 형성할 수 있다.
계속하여, 상기 하부 전극층(129)을 패터닝하여 변형층(135)보다 넓은 면적의 화소 형상을 갖는 하부 전극(130)을 형성한다. 상부 전극(145)에 제2 신호가 인가되고 하부 전극(135)에 제1 신호가 인가되면 상부 전극(145)과 하부 전극(135) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상기 변형층(140)이 변형을 일으키게 된다.
도 7d를 참조하면, 상기 변형층(135)의 일측으로부터 드레인 패드(105)의 상부까지 변형층(135), 하부 전극(130), 제1층(124), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 차례로 식각하여 비어 홀(145)을 형성한다. 따라서, 비어 홀(145)은 상기 변형층(135)의 일측으로부터 상기 드레인 패드(105)의 상부까지 형성된다. 이어서, 상기 비어 홀(145)의 내부에 텅스텐(W), 알루미늄, 또는 티타늄(Ti) 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 증착시켜 비어 컨택(150)을 형성한다. 비어 컨택(150)은 상기 드레인 패드(105) 및 하부 전극(130)을 전기적으로 연결한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(150)을 통하여 하부 전극(130)에 인가된다. 계속하여, 상기 제1층(124)을 소정의 화소 형상으로 패터닝하여 지지층(125)을 형성한다. 이어서, 상기 희생층(120)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 식각하여 에어 갭(160)을 형성한 후, 헹굼 및 건조(rinse and dry) 처리를 수행하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(150)을 통해 신호 전극인 하부 전극(130)에 인가된다. 동시에, 상부 전극(140)에는 외부로부터 TCP의 패드, AMA 패널의 패드 및 공통 전극선을 통하여 제2 신호가 인가되어 상부 전극(140)과 하부 전극(130) 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(140)과 하부 전극(130) 사이에 형성된 변형층(135)이 변형을 일으킨다. 상기 변형층(135)은 상기 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 상기 액츄에이터(200)는 소정의 각도로 휘게 된다. 광속을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상부 전극(140)은 액츄에이터(200)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(200)와 함께 경사진다. 이에 따라서, 상부 전극(140)은 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 있어서, 액츄에이터의 지지부와 그 이외 부분의 단차를 줄이기 위하여 변형층 중 액츄에이터의 지지부 상에 형성된 부분을 일차로 식각한 후 나머지 부분을 화소 형상으로 패터닝함으로써, 액츄에이터의 지지부 부분과 그 이외 부분에서 변형층의 두께를 균일하게 할 수 있다. 따라서, 변형층 두께의 불균형으로 인한 과도한 식각에 의하여 하부 전극이 손상을 입는 것을 방지할 수 있다. 또한, 식각 깊이의 조절을 용이하게 하며 식각 공정의 재현성을 높일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드를 갖는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 그리고
    ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 상기 액티브 매트릭스의 하부와 평행하도록 제1층을 적층하는 단계, ⅱ) 상기 제1층의 상부에 하부 전극층을 적층하는 단계, ⅲ) 상기 하부 전극층의 상부에 제2층을 적층하는 단계, ⅳ) 상기 제2층의 상부에 상부 전극층을 형성하는 단계, ⅴ) 상기 상부 전극층을 패터닝하여 상부 전극을 형성하는 단계, ⅵ) 상기 제2층 중 상기 제1층이 상기 액티브 매트릭스에 접하는 부분을 일차로 패터닝하는 단계 및 상기 제2층을 이차로 패터닝하는 단계를 포함하여 변형층을 형성하는 단계, ⅶ) 상기 하부 전극층을 패터닝하여 하부 전극을 형성하는 단계, 및 ⅷ) 상기 제1층을 패터닝하여 지지층을 형성하는 단계를 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2층을 일차로 패터닝하는 단계는, 상기 제1층이 상기 액티브 매트릭스에 접하는 부분에서의 제2층의 두께와 그 이외 부분에서의 제2층의 두께가 동일하게 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제2층을 일차로 패터닝하는 단계는, 상기 제2층 중 상기 제1층이 상기 액티브 매트릭스에 접하는 부분을 2000∼4000Å을 식각하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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