KR19980034588A - 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

액츄에이터가 보다 큰 구동 각도로 구동할 수 있으며, 액츄에이터의 열화를 최소화할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법이 개시되어 있다. 본 발명에 따른 상기 방법은, 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장된 액티브 매트릭스의 일측 표면에 드레인을 형성하는 단계, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 접촉되는 일측의 지지부와, 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 적층되며 그 내부에 개방부가 형성된 타측의 구동부를 갖는 멤브레인을 형성하는 단계, 상기 멤브레인의 상부에 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, 상기 변형층의 일측 상부에 형성된 상부전극을 형성하는 단계, 그리고 상기 하부전극과 상기 드레인을 연결하도록 상기 변형층으로부터 상기 드레인까지 비어 컨택을 형성하는 단계를 포함한다. 따라서, 상기 방법에 따르면 멤브레인의 형상을 변형하여 변형층, 하부전극 및 멤브레인 사이에 발생하는 응력을 최소화함으로서 변형층을 포함하는 액츄에이터가 보다 큰 구동 각도로 구동할 수 있으며, 액츄에이터의 열화도 최소화할 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 제조 방법

본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Arrays)의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액츄에이터(actuator)의 구동 각도를 증가시킬 수 있으며, 액츄에이터의 열화를 최소화할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 모듈레이터(spatial light modulator)는 광통신, 화상 처리 및 정보 디스플레이 장치 등에 다양하게 응용될 수 있다. 이러한 장치들은 광원으로부터 입사되는 광속을 스크린에 투영하는 방법에 따라서 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로 구분된다. 직시형 화상 표시 장치로는 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 있으며, 투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display：LCD), DMD(Deformable Mirror Device), 또는 AMA 등이 있다.

상기 CRT 장치는 화질은 우수하지만 화면의 대형화가 어려운 단점이 있다. 즉, 화면의 크기가 커짐에 따라서 장치의 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 된다. 따라서, 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성할 수 있으며 중량을 가볍게 할 수 있는 액정 표시 장치(LCD)가 개발되었다. 그러나, 액정 표시 장치는 광속의 편광으로 인하여 1∼2％의 광효율을 가질 정도로 효율이 저하되며, 그 내부의 액정 물질의 응답 속도가 느리고, 장치가 과열되기 쉬운 문제점이 있었다. 이에 따라, 상기 문제점들을 해결하기 위하여 DMD, 또는 AMA 등의 장치가 개발되었다. 현재, DMD 장치가 약 5％ 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA는 10％ 이상의 광효율을 얻을 수 있다. 또한, AMA는 입사되는 광속의 극성에 의해 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 광속의 극성에 영향을 끼치지 않는다.

상기 AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 상기 반사된 빛은 슬릿(slit)을 통과하여 스크린에 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서 그 구조와 동작 원리가 간단하며, 액정 표시 장치나 DMD 등에 비해 높은 광효율을 얻을 수 있다. 또한 콘트라스트(contrast)가 향상되어 보다 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있다. 상기 AMA에 내장된 거울들은 각기 슬릿에 대응하여 배열되어, 발생하는 전계에 의해 거울이 경사지게 된다. 따라서 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 조절하여, 스크린에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 일반적으로 AMA 내부에 형성된 각각의 액츄에이터들은 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전계에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액츄에이터가 변형을 일으킬 때, 상기 액츄에이터의 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서 상기 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 상기 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터의 구성 재료로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O₃), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O₃) 등의 압전 세라믹이 이용된다. 또한 PMN(Pb(Mg, Nb)O₃) 등의 전왜 세라믹을 상기 액츄에이터의 구성 재료로 이용할 수 있다.

이러한 광로 조절 장치인 AMA는 벌크(bulk)형과 박막(thin film)형으로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는 Gregory Um 등에게 허여된 미합중국 특허 제5,085,497호에 개시되어 있다. 벌크형 광로 조절 장치는 다층 세라믹을 얇게 절단하고 내부에 금속 전극을 형성한 세라믹 웨이퍼(ceramic wafer)를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후, 쏘잉(sawing) 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치하여 이루어진다. 그러나, 벌크형 광로 조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되고, 변형부의 응답 속도가 느린 문제점이 있다.

따라서 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다. 상기 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 1996년 6월 28일 대한민국 특허청에 특허출원한 특허출원 제96-25323호(발명의 명칭 : 큰 구동 각도를 가지는 박막형 광로 조절 장치)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 2에 도시한 바와 같이, 상기 박막형 광로 조절 장치는 드레인(drain)(2)이 일측 표면에 형성된 액티브 매트릭스(1)와 상기 액티브 매트릭스(1)의 상부에 형성된 액츄에이터(3)를 포함한다.

상기 드레인(2)이 형성된 액티브 매트릭스(1)는, 액티브 매트릭스(1)의 상부에 형성된 보호층(5)과 상기 보호층(5)의 상부에 형성된 식각 방지층(etch stop layer)(7)을 포함한다.

상기 액츄에이터(3)는 상기 식각 방지층(7)의 상부에 형성된 멤브레인(9), 상기 멤브레인(9)의 상부에 형성된 하부전극(11), 상기 하부전극(11)의 상부에 형성된 변형부(13), 상기 변형부(13)의 상부에 형성된 상부전극(15), 상기 상부전극(15)의 상부에 형성된 거울(17), 그리고 상기 변형부(13)의 상부로부터 하부전극(11), 멤브레인(9), 식각 방지층(7) 및 보호층(5)을 통하여 드레인(2)까지 수직하게 형성된 비어 컨택(19)을 포함한다.

도 1을 참조하면, 상기 멤브레인(9)을 포함하는 액츄에이터(3)는 상부에 상기 거울(17)이 형성된 구동부가 시계 방향으로 90°회전한 ‘A’자의 머리 부분에 해당하고, 양측으로 갈라진 지지부가 시계 방향으로 90°회전한‘A’자의 다리 부분에 해당하는 형상을 가진다. 따라서 상기 멤브레인(9)의 구동부가 인접하는 액츄에이터의 멤브레인의 양측으로 갈라진 지지부에 끼워지고, 인접하는 액츄에이터의 멤브레인의 구동부가 상기 멤브레인(31)의 양측으로 갈라진 지지부에 끼워진다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 멤브레인(9)은 상기 식각 방지층(7)이 형성된 액티브 매트릭스(1)의 상부에, 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(air gap)(8)을 개재하여 상기 액티브 매트릭스(1)와 평행하도록 형성된다. 또한, 상기 거울(17)은 그 중앙에‘U’자형의 홈을 가진 평판의 형상을 가지며, 상기 상부전극(15)에 거울(17)의‘U’자형의 홈이 접촉되고 양측부가 상기 상부전극(37)과 수평하도록 형성된다.

이하 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정을 도면을 참조하여 설명한다. 도 3A 내지 도 3C 는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

도 3A를 참조하면, 내부에 M×N(M, N은 정수)개의 MOS 트랜지스터가 내장되고 일측 표면에 드레인(2)이 형성된 액티브 매트릭스(1)의 상부에 보호층(5)을 적층한다. 상기 보호층(5)은 인 실리케이트 유리(Phospho-Silicate Glass：PSG)를 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition：CVD) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(5)은 후속하는 공정으로부터 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)를 보호한다.

이어서 상기 보호층(5)의 상부에 식각 방지층(7)을 적층한다. 상기 식각 방지층(7)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD：LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 식각 방지층(7)은 상기 보호층(5) 및 액티브 매트릭스(1)가 후속하는 식각 공정 동안 식각되는 것을 방지한다.

희생층(8)은 상기 식각 방지층(7)의 상부에 적층된다. 상기 희생층(8)은 고 인(P) 농도를 가지는 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD：APCVD) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 때, 상기 식각 방지층(7)이 형성된 액티브 매트릭스(1)의 표면을 덮고 있는 희생층(8)의 표면의 평탄도는 매우 불량하므로 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법으로 표면을 평탄화시킨다. 그리고, 상기 희생층(8) 중 하부에 상기 드레인(2)이 형성된 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(7)의 일부를 노출시킨다. 상기 희생층(8)은 후에 제거되며, 에어 갭(9)이 희생층(8)의 위치에 형성된다.

도 3B를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(7)의 상부 및 상기 희생층(8)의 상부에 멤브레인(9)을 적층한다. 상기 멤브레인(9)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 하부전극(11)을 상기 멤브레인(9)의 상부에 백금(Pt), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta)을 사용하여 적층한다. 상기 하부전극(11)은 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다.

상기 하부전극(11)의 상부에는 변형부(13)가 적층된다. 변형부(13)는 PZT, 또는 PLZT 등의 압전 세라믹이나 PMN 등의 전왜 세라믹을 졸-겔(Sol-Gel)법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 또한, 상기 변형부(13)는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 형성 할 수 있다. 그리고, 상기 변형부(13)의 상부에 상부전극(15)을 적층한다. 상부전극(15)은 알루미늄(Al), 또는 백금 등을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 상부전극(15), 변형부(13), 하부전극(11), 그리고 멤브레인(9)을 픽셀(pixel) 형상으로 순차적으로 식각하여 패터닝(patterning)한다.

도 3C를 참조하면, 상기 변형부(13), 하부전극(11), 멤브레인(9), 식각 방지층(7) 및 보호층(5)을 차례로 식각하여 비어 컨택(via contact)(19)을 형성한다. 비어 컨택(19)은 텅스텐(W), 또는 티타늄 등을 리프트-오프(lift-off) 방법을 이용하여 상기 변형부(13)의 상부로부터 상기 드레인(2)까지 수직하게 형성한다. 따라서 비어 컨택(19)은 상기 드레인(2)과 하부전극(11)을 전기적으로 연결한다. 계속하여, 상기 상부전극(15)의 상부에 거울(17)을 형성한다. 거울(17)은 통상의 포토리쏘그래피(photolithography) 방법 및 스퍼터링 방법을 이용하여 형성한다. 상기 거울(17)은 은(Ag), 또는 알루미늄 등을 사용하여 500∼1000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 상기 희생층(8)을 식각한 후, 세정 및 건조하여 AMA 소자를 완성한다.

상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 액티브 매트릭스(1)에 내장되어 있는 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)로부터 발생한 화상 신호는 드레인(2)과 비어 컨택(19)을 통하여 하부전극(11)에 인가된다. 동시에, 상부전극(15)에는 바이어스 전압이 인가된다. 따라서 상부전극(15)과 하부전극(11) 사이에 전계가 발생하게 된다. 이 전계에 의하여 변형부(13)가 수직한 방향으로 수축한다. 그러므로 변형부(13)를 포함하는 액츄에이터(3)는 멤브레인(9)이 형성되어 있는 방향의 반대 방향으로 휘어지게 된다. 광원으로부터 입사된 광속을 반사하는 거울(17)은 액츄에이터(3)의 상부에 형성되어 있으므로, 액츄에이터(3)가 휘게됨에 따라 소정의 각도로 경사진다. 광원으로부터 입사된 광속은 상기 거울(17)에 의하여 소정의 각도로 반사되어 슬릿을 통하여 스크린에 화상을 맺게 된다. 이 때, 액츄에이터(3)의 길이가 길어질수록 액츄에이터(3)의 구동부의 구동 각도는 커지게 된다. 그러므로 도 1에 도시한 바와 같이, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액츄에이터(3)의 최대 길이를 다음과 같이 결정할 수 있다.

도 1을 참조하면, 픽셀의 가로 및 세로의 길이가 각각 ℓ이고, 액츄에이터(3)의 최소 선폭이 b 이고, 인접한 액츄에이터들 사이의 간격이 t 이며, 액츄에이터(3)가 수평면에 대해 θ의 경사각을 가지며, 액츄에이터(3)의 최대 길이가 L 일 때,

및

가 된다.

상기 두 식에서 sinθ를 소거하면, 액츄에이터(3)의 최대 길이 L은 아래의 식에 의하여 결정된다.

그러므로, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액츄에이터(3)가 최대 길이를 가지고 휘어지게함으로써 액츄에이터(3)의 상부에 형성된 거울(17)이 최대의 각도를 가지고 경사지게 된다.

그러나, 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 변형부, 하부전극 및 멤브레인이 차례로 접착되어 있어서 변형부가 변형을 일으킬 때, 하부전극 및 멤브레인이 함께 변형을 일으킴으로 인하여 하부전극과 멤브레인 사이에 응력이 발생하여 변형부가 충분한 각도를 가지고 변형을 일으키지 못하게 되는 문제점이 있었다. 또한, 상부전극과 하부전극 사이에 발생하는 전계에 따라 변형부의 변형이 반복될수록 변형부와 하부전극 및 하부전극과 멤브레인 사이에 발생하는 응력으로 인하여 하부전극이 쇼트(short)되어 소자의 오동작이 발생할 수 있으며, 이들을 포함하는 액츄에이터의 열화가 가속화되는 단점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 발생하는 응력을 최소화할 수 있는 형상의 멤브레인을 가짐으로써 액츄에이터가 보다 큰 구동 각도를 가지고 구동할 수 있고, 액츄에이터의 열화를 최소화할 수 있으며, 소자의 오동작을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공함에 있다.

도 1은 본 출원인이 선행 출원한 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도이다.

도 3A 내지 도 3C는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.

도 5는 도 4에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도이다.

도 6은 도 5에 도시한 장치 중 멤브레인의 사시도이다.

도 7A 내지 도 7C는 도5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 단면도이다.

도 9는 도 8에 도시한 장치 중 멤브레인의 사시도이다.

도 10A 내지 도 10C는 도 8에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

31：액티브 매트릭스 32：드레인

33：보호층 35：식각 방지층

37, 37a：멤브레인 38：에어 갭

39：하부전극 41：변형층

43：상부전극 45：거울

52：비어 홀 53：비어 컨택

57：액츄에이터

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장된 액티브 매트릭스의 일측 표면에 드레인을 형성하는 단계;

상기 액티브 매트릭스의 상부에 접촉되는 일측의 지지부와, 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 적층되며 내부에 개방부가 형성된 타측의 구동부를 갖는 멤브레인을 형성하는 단계;

상기 멤브레인의 상부에 하부전극을 형성하는 단계;

상기 하부전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계;

상기 변형층의 일측 상부에 형성된 상부전극을 형성하는 단계; 그리고

상기 하부전극과 상기 드레인을 연결하도록 상기 변형층으로부터 상기 드레인까지 비어 컨택을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.

상기한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 액티브 매트릭스에 내장된 MOS 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호는 드레인과 비어 컨택을 통하여 신호 전극인 하부전극에 인가된다. 또한, 공통 전극인 상부전극에는 바이어스 전압이 인가되어 상부전극과 하부전극 사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 상부전극과 하부전극 사이에 적층되어 있는 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 따라서 변형층을 포함하는 액츄에이터는 멤브레인이 형성되어 있는 방향의 반대 방향으로 휘게 된다. 그러므로 액츄에이터 상부의 거울도 같은 방향으로 경사진다. 광원으로부터 입사되는 광속은 상부전극의 상부에 형성된 거울에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.

상기에서 변형층이 변형을 일으킬 때 변형층 하부의 하부전극 및 하부전극 하부의 멤브레인도 상기 변형층과 같은 방향으로 변형을 일으킨다. 이 경우, 변형층과 하부전극이 접촉되는 면 및 하부전극과 멤브레인이 접촉되는 면에서 응력이 발생하게 된다. 종래의 박막형 광로 조절 장치에 있어서는, 이러한 응력으로 인하여 변형층이 큰 구동 각도를 가지고 구동하기 어려웠으며, 액츄에이터의 열화가 가속화되기 쉬웠다. 그러나, 본 발명에서는, 멤브레인의 구동부에 복 수개의 개방부를 형성함으로서 변형층이 변형을 일으킬 때 발생하는 응력을 최소화할 수 있다. 즉, 변형층의 변형에 따라 하부전극이 변형을 일으킬 때, 그 하부의 멤브레인에 하부전극과 접촉되지 않는 개방부가 형성되어 있으므로 이 개방부에는 응력이 발생하지 않게되어 멤브레인 및 하부전극 사이에 발생하는 응력이 최소화된다. 따라서, 변형층은 보다 큰 구동 각도로 구동할 수 있으며, 이들을 포함하는 액츄에이터의 열화도 최소화할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

[실시예 1]

도 4는 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 도시한 장치를 B­B' 선으로 자른 단면도를 도시한 것이며, 도 6은 도 5에 도시한 장치 중 멤브레인의 사시도를 도시한 것이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(31)와 액티브 매트릭스(31)의 상부에 형성된 액츄에이터(57)를 포함한다.

내부에 M×N(M, N은 정수)개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있으며, 일측 표면에는 드레인(32)이 형성되어 있는 상기 액티브 매트릭스(31)는 그 상부에 형성된 보호층(33)과 상기 보호층(33)의 상부에 형성된 식각 방지층(35)을 포함한다.

상기 액츄에이터(57)는 상기 식각 방지층(35)의 상부에 일측이 접촉되며, 타측이 에어 갭(38)을 개재하여 상기 식각 방지층(35)과 평행하도록 형성된 멤브레인(37), 멤브레인(37)의 상부에 형성된 하부전극(39), 하부전극(39)의 상부에 형성된 변형층(41), 변형층(41)의 일측 상부에 형성된 상부전극(43), 상부전극(43)의 상부에 형성된 거울(45), 변형층(41)의 타측 상부로부터 변형층(41), 하부전극(39), 멤브레인(37), 식각 방지층(35) 및 보호층(33)을 통하여 드레인(32)까지 수직하게 형성된 비어 홀(via hole)(52), 그리고 비어 홀(52) 내에 하부전극(39)과 드레인(32)을 연결하도록 형성된 비어 컨택(via contact)(53)을 포함한다.

도 6을 참조하면, 상기 멤브레인(37)은 상기 액티브 매트릭스(31)의 드레인(32)의 상부에 접촉되는 지지부(100)와, 상기 에어 갭(38)을 개재하여 상기 액티브 매트릭스(31)와 평행하도록 상기 지지부(100)와 일체로 형성된 구동부(110)를 포함한다. 상기 구동부(110)는 중앙부(113)를 중심으로 양측이 상기 하부전극(39)과 접촉되는 복 수개의 접촉부(117)와 복 수개의 개방부(115)가 교대로 형성된 늑골(rib)의 형상을 가진다.

이하 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 7A 내지 도 7C는 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도이다. 도 7A 내지 도 7C에 있어서, 도 5 및 도 6과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조번호를 사용한다.

도 7A를 참조하면, M×N개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(31)의 일측 표면에 텅스텐, 또는 티타늄 등의 금속을 적층하여 드레인(32)을 형성한다. 이어서, 상기 액티브 매트릭스(31)의 상부에 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지는 보호층(33)을 적층한다. 상기 보호층(33)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 형성한다. 보호층(33)은 후속하는 공정 동안 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(31)가 손상을 입게 되는 것을 방지한다.

상기 보호층(33)의 상부에는 식각 방지층(35)이 적층된다. 상기 식각 방지층(35)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 식각 방지층(35)은 상기 보호층(33) 및 액티브 매트릭스(31)가 후속하는 식각 공정 동안 식각되는 것을 방지한다.

희생층(36)은 상기 식각 방지층(35)의 상부에 적층된다. 상기 희생층(36)은 고 인(P) 농도를 가지는 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 때, 상기 식각 방지층(35)이 형성된 액티브 매트릭스(31)의 표면을 덮고 있는 희생층(36)의 표면의 평탄도는 매우 불량하므로 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법으로 희생층(36)의 표면을 평탄화시킨다. 그리고, 상기 희생층(36) 중 하부에 상기 드레인(32)이 형성된 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(35)의 일부를 노출시킨다.

도 7B를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(35)의 상부 및 상기 희생층(36)의 상부에 멤브레인(37)을 적층한다. 상기 멤브레인(37)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 통상의 포토리쏘그래피(photolithography) 방법을 이용하여 멤브레인(37)을 패터닝하여 도 6에 도시한 바와 같이, 멤브레인(37)의 구동부(110)의 중앙부(113)를 중심으로 양측에 복 수개의 접촉부(117)와 복 수개의 개방부(115)가 교대로 반복되는 늑골 형상을 가지도록 한다. 계속하여 상기 멤브레인(37)의 복 수개의 개방부(115)를 폴리이미드(polyimide) 계열의 중합체를 스핀 코팅(spin coating) 방법을 이용하여 채워서 멤브레인(37)이 평탄한 면을 가지도록 한다.

하부전극(39)은 상기 멤브레인(37)의 상부에 백금, 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등을 사용하여 적층한다. 상기 하부전극(39)은 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 하부전극(39)의 상부에는 변형층(41)이 적층된다. 변형층(41)은 PZT, 또는 PLZT 등의 압전 세라믹이나 PMN 등의 전왜 세라믹을 졸-겔법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 또한, 상기 변형층(41)은 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 형성 할 수 있다. 그리고, 상기 변형층(41)의 일측 상부에 상부전극(43)을 적층한다. 상부전극(43)은 알루미늄, 또는 백금 등을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 상부전극(43), 변형부(41), 하부전극(39), 그리고 멤브레인(37)을 픽셀(pixel) 형상으로 순차적으로 식각하여 패터닝(patterning)한다.

도 7C를 참조하면, 상기 상부전극(43)의 상부에 중앙부에‘U’자형의 홈이 형성된 평판의 형상을 갖는 거울(45)을 형성한다. 상기 거울(45)은 포토리쏘그래피 방법 및 스퍼터링 방법을 이용하여 형성한다. 상기 거울(45)은 은, 또는 알루미늄 등의 반사 특성이 우수한 금속을 사용하여 500∼1000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서 상기 변형층(41)의 타측 상부로부터 변형층(41), 하부전극(39), 멤브레인(37), 식각 방지층(35) 및 보호층(33)을 차례로 식각하여 상기 변형층(41)의 상부로부터 상기 드레인(32)까지 수직하게 비어 홀(52)을 형성한다. 게속하여 상기 비어 홀(52) 내에 텅스텐, 또는 티타늄 등의 전기전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법에 의해 상기 하부전극(39)으로부터 드레인(32)까지 비어 컨택(53)을 형성한다. 따라서 비어 컨택(53)은 상기 드레인(32)과 하부전극(39)을 전기적으로 연결한다. 그리고, 플루오르화 수소(HF)를 사용하여 상기 희생층(36) 및 상기 멤브레인(37)의 복 수개의 개방부(115)를 채우고 있는 폴리이미드 계열의 중합체를 식각한 후, 세정 및 건조하여 박막형 광로 조절 장치 소자를 완성한다.

상술한 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 액티브 매트릭스(31)에 내장된 MOS 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호는 드레인(32)과 비어 컨택(53)을 통하여 신호 전극인 하부전극(39)에 인가된다. 또한, 공통 전극인 상부전극(43)에는 바이어스 전압이 인가되어 상부전극(43)과 하부전극(39) 사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 상부전극(43)과 하부전극(39) 사이에 적층되어 있는 변형층(41)이 변형을 일으킨다. 변형층(41)은 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 따라서 변형층(41)을 포함하는 액츄에이터(57)는 멤브레인(37)이 형성되어 있는 방향의 반대 방향으로 휘게 된다. 그러므로 액츄에이터(57) 상부의 거울(45)도 같은 방향으로 경사진다. 광원으로부터 입사되는 광속은 상부전극(43)의 상부에 형성된 거울(45)에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.

상기에서 변형층(41)이 변형을 일으킬 때 변형층(41) 하부의 하부전극(39) 및 하부전극(39) 하부의 멤브레인(37)도 상기 변형층(41)과 같은 방향으로 변형을 일으킨다. 이 경우, 변형층(41)과 하부전극(39)이 접촉되는 면 및 하부전극(39)과 멤브레인(37)이 접촉되는 면에서 응력이 발생하게 된다. 종래의 박막형 광로 조절 장치에 있어서는, 이러한 응력으로 인하여 변형층이 큰 구동 각도를 가지고 구동하기 어려웠으며, 액츄에이터의 열화가 가속화 되기 쉬웠다. 그러나, 본 실시예에서는, 멤브레인(37)의 구동부(110)가 중앙부(113)를 중심으로 양측에 복 수개의 접촉부(117) 및 복 수개의 개방부(115)가 반복되는 형상을 갖도록함으로서 변형층(41)이 변형을 일으킬 때 발생하는 응력을 최소화할 수 있다. 즉, 변형층(41)의 변형에 따라 하부전극(39)이 변형을 일으킬 때, 그 하부의 멤브레인(37)에 하부전극(39)과 접촉되지 않는 복 수개의 개방부(115)가 형성되어 있으므로 이 개방부(115)에는 응력이 발생하지 않게되어 멤브레인(37) 및 하부전극(39) 사이에 발생하는 응력이 최소화된다. 따라서, 변형층(41)은 보다 큰 구동 각도로 구동할 수 있으며, 이들을 포함하는 액츄에이터(57)의 열화도 최소화할 수 있다.

[실시예 2]

도 8은 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 단면도를 도시한 것이며, 도 9는 도 8에 도시한 장치 중 멤브레인의 사시도를 도시한 것이다.

본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도 및 단면도는 멤브레인을 제외하면 실시예 1의 도 4 및 도 5와 동일하다. 도 8에 있어서, 멤브레인을 제외하면 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조번호를 사용한다. 따라서, 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 구성은 멤브레인을 제외하면 실시예 1의 구성과 동일하다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 멤브레인(37a)은 식각 방지층(35) 중 아래에 드레인(32)이 형성되어 있는 부분에 접촉되는 지지부(200)와, 에어 갭(38)을 개재하여 액티브 매트릭스(31)와 평행하도록 상기 지지부(200)와 일체로 형성된 구동부(210)를 포함한다. 상기 구동부(210)는 복 수개의 직사각형 형상의 개방부(220)가 일렬로 형성되어 있는 평판의 형상을 가진다.

이하 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 10A 내지 도 10C는 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도이다. 도 10A 내지 도 10C에 있어서, 도 8 및 도 9와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조번호를 사용한다.

도 10A를 참조하면, 본 실시예에 있어서, 희생층(36) 중 하부에 드레인(32)이 형성된 부분을 식각하여 식각 방지층(35)의 일부를 노출시키기 까지의 공정은 실시예 1의 경우와 동일하다.

도 10B를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(35)의 상부 및 상기 희생층(36)의 상부에 멤브레인(37a)을 적층한다. 상기 멤브레인(37a)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 포토리쏘그래피 방법을 이용하여 멤브레인(37a)을 패터닝하여, 도 9에 도시한 바와 같이 멤브레인(37a)의 구동부(210)가 복 수개의 직사각형 형상의 개방부(220)가 일렬로 형성된 평판의 형상을 가지도록 한다. 계속하여, 상기 멤브레인(37a)의 개방부(220)를 폴리이미드 계열의 중합체를 스핀 코팅 방법을 이용하여 채워서 멤브레인(37a)의 구동부(210)가 평탄한 면을 가지도록 한다. 그리고, 하부전극(39), 변형층(41) 및 상부전극(43)의 구성 물질 및 형성 방법은 실시예 1의 경우와 동일하다.

도 10C를 참조하면, 멤브레인(37a)을 제외하면 거울(45), 비어 홀(52),비어 컨택(53)을 형성한 후, 희생층(36) 및 상기 멤브레인(37a)의 구멍들(220)를 채우고 있는 폴리이미드 계열의 중합체를 식각하고 세정 및 건조하여 박막형 광로 조절 장치 소자를 완성하는 방법은 실시예 1의 경우와 동일하다.

또한, 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 변형층(41)의 변형에 의하여 거울(45)이 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 되는 과정도 실시예 1의 경우와 동일하다.

상기에서 변형층(41)이 변형을 일으킬 때 변형층(41) 하부의 하부전극(39) 및 하부전극(39) 하부의 멤브레인(37a)도 상기 변형층(41)과 같은 방향으로 변형을 일으킨다. 이 경우, 변형층(41)과 하부전극(39)이 접촉되는 면 및 하부전극(39)과 멤브레인(37a)이 접촉되는 면에서 응력이 발생하게 된다. 종래의 박막형 광로 조절 장치에 있어서는, 이러한 응력으로 인하여 변형층이 큰 구동 각도를 가지고 구동하기 어려웠으며, 액츄에이터의 열화가 가속화 되기 쉬웠다. 그러나, 본 실시예에서는, 멤브레인(37a)의 구동부(210)가 복 수개의 직사각형 형상의 개방부(220)가 일렬로 형성된 평판의 형상을 갖도록함으로서 변형층(41)이 변형을 일으킬 때 발생하는 응력을 최소화할 수 있다. 즉, 변형층(41)의 변형에 따라 하부전극(39)이 변형을 일으킬 때, 그 하부의 멤브레인(37a)에 하부전극(39)과 접촉되지 않는 복 수개의 개방부(220)가 형성되어 있으므로 상기 개방부(220)에는 응력이 발생하지 않게되어 멤브레인(37a) 및 하부전극(39) 사이에 발생하는 응력이 최소화된다. 따라서, 변형층(41)은 보다 큰 구동 각도로 구동할 수 있으며, 이들을 포함하는 액츄에이터(57)의 열화도 최소화할 수 있다.

따라서, 상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서 멤브레인의 구동부의 형상을 다양하게 변형하여 변형층, 하부전극 및 멤브레인 사이에 발생하는 응력을 최소화함으로서 변형층을 포함하는 액츄에이터가 보다 큰 구동 각도로 구동할 수 있으며, 액츄에이터의 열화도 최소화할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예들에 있어서, 멤브레인의 구동부가 중앙부를 중심으로 양측이 하부전극과 접촉되는 복 수개의 접촉부와 복 수개의 개방부가 교대로 형성된 늑골의 형상을 가지거나, 복 수개의 직사각형 형상의 개방부가 일렬로 형성된 평판의 형상을 가지지만, 이로부터 복 수개의 원형의 개방부가 일렬로 형성된 평판의 형상인 구동부를 갖는 멤브레인, 또는 M×N(M, N은 정수)개의 정사각형 형상의 개방부가 형성된 평판의 형상인 구동부를 갖는 멤브레인 등의 멤브레인 상부의 하부전극과 접촉되는 접촉부와 하부전극과 접촉되지 않는 개방부를 함께 가지는 다양한 형상의 구동부를 갖는 멤브레인을 형성할 수 있음을 알 수 있을 것이다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들에 의하여 상세하게 설명 및 도시하였지만, 본 발명은 이에 의해 제한되는 것이 아니라 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적인 범위 내에서 이를 변형하는 것이나 개량하는 것이 가능하다.

Claims (10)

1. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장된 액티브 매트릭스의 일측 표면에 드레인을 형성하는 단계;

   상기 액티브 매트릭스의 상부에 접촉되는 일측의 지지부와, 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 적층되며 내부에 개방부가 형성된 타측의 구동부를 갖는 멤브레인을 형성하는 단계;

   상기 멤브레인의 상부에 하부전극을 형성하는 단계;

   상기 하부전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계;

   상기 변형층의 일측 상부에 형성된 상부전극을 형성하는 단계; 그리고

   상기 하부전극과 상기 드레인을 연결하도록 상기 변형층으로부터 상기 드레인까지 비어 컨택을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 드레인을 형성하는 단계는 상기 액티브 매트릭스와 상기 드레인의 상부에 상기 액티브 매트릭스를 보호하는 보호층을 형성하는 단계 및 상기 보호층의 상부에 상기 보호층과 상기 액티브 매트릭스가 식각되는 것을 방지하는 식각 방지층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인을 형성하는 단계는, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 상기 멤브레인을 적층한 후, 상기 멤브레인의 구동부의 중앙부를 중심으로 복 수개의 직사각형 형상의 개방부와 복 수개의 직사각형 형상의 접촉부가 교대로 형성된 늑골(rib)의 형상을 가지도록 상기 멤브레인을 패터닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 멤브레인을 패터닝하는 단계는 상기 멤브레인을 패터닝하여 상기 멤브레인의 구동부에 상기 복 수개의 직사각형 형상의 개방부와 상기 직사각형 형상의 복 수개의 접촉부를 형성한 후, 상기 복 수개의 직사각형 형상의 개방부에 폴리이미드(polyimide) 계열의 중합체를 채워 넣는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 폴리이미드 계열의 중합체를 상기 복 수개의 개방부에 채워 넣는 단계는 스핀 코팅(spin coating) 방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인을 형성하는 단계는, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 상기 멤브레인을 적층한 후, 상기 멤브레인의 구동부에 복 수개의 직사각형 형상의 개방부가 일렬로 형성되도록 상기 멤브레인을 패터닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 멤브레인을 패터닝하는 단계는 상기 멤브레인을 패터닝하여 상기 멤브레인의 구동부에 상기 복 수개의 직사각형 형상의 개방부를 일렬로 형성한 후, 상기 복 수개의 직사각형 형상의 개방부에 폴리이미드 계열의 중합체를 스핀 코팅 방법을 이용하여 채워 넣는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인을 형성하는 단계는, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 상기 멤브레인을 적층한 후, 상기 멤브레인의 구동부에 복 수개의 원형의 개방부가 일렬로 형성되도록 상기 멤브레인을 패터닝하는 단계 및 상기 복 수개의 원형의 개방부에 폴리이미드 계열의 중합체를 스핀 코팅방법을 이용하여 채워 넣는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인을 형성하는 단계는, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 상기 멤브레인을 적층한 후, 상기 멤브레인의 구동부에 M×N(M, N은 정수)개의 정사각형 형상의 개방부가 형성되도록 상기 멤브레인을 패터닝하는 단계 및 상기 M×N개의 정사각형 형상의 개방부에 폴리이미드 계열의 중합체를 스핀 코팅 방법을 이용하여 채워 넣는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 상부전극을 형성하는 단계는, 상기 상부전극의 상부에 은, 또는 알루미늄을 사용하여 포토리쏘그래피 방법 및 스퍼터링 방법으로 거울을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.