KR0154958B1 - 광로조절장치의 제조방법 - Google Patents

광로조절장치의 제조방법

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KR0154958B1 KR1019950009391A KR19950009391A KR0154958B1 KR 0154958 B1 KR0154958 B1 KR 0154958B1 KR 1019950009391 A KR1019950009391 A KR 1019950009391A KR 19950009391 A KR19950009391 A KR 19950009391A KR 0154958 B1 KR0154958 B1 KR 0154958B1
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배순훈
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Abstract

본 발명은 광로조절장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 구동 기관의 표면에 다결정실리콘으로 지지부를 형성하고 패드가 형성된 부분을 제외한 지지부의 소정 부분을 산화시켜 희생막을 형성한 후, 지지부 보다 두껍게 부분의 희생막을 제거하여 평탄화하고, 멤브레인, 하부전극, 변형부 및 상부전극을 형탄하게 형성하고 액츄에이터들을 분리한 후 희생막을 식각 용액으로 제거하여 버즈 비크에 의해 공간과 멤브레인이 완만하게 접하는 에어 갭을 한정한다. 따라서, 버즈 비크에 의해 공간과 멤브레인이 급격히 접하지 않도록 하여 별도의 고온의 리플로우를 수행하지 않고 멤브레인의 특정 부분에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있으며, 또한 평탄도를 향상시켜 포토레지스트층을 균일한 두께로 도포할 수 있으므로 균일하게 노광하여 원하는 식각 마스크를 형성할 수 있어 액츄에이터들의 분리를 용이하게 할 수 있다.

Description

광로조절장치의 제조 방법
제1도(a) 내지 (d)는 종래 기술에 따른 광로조절장치의 제조공정도.
제2도(a) 내지 (d)는 본 발명의 실시예에 따른 광로조절장치의 제조 공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
41 : 구동기판 43 : 패드
45 : 지지부 47 : 희생막
49 : 버즈 비크 51 : 멤브레인
53 : 플러그 55 : 하부전극
57 : 변형부 59 : 상부전극
61 : 보호막 63 : 에어 갭
본 발명은 투사형 화상 표시장치에 이용되는 광로조절장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 응력의 집중을 방지하기 위한 고열에 의한 리플로우(reflow)를 생략하여 구동 기판 상의 도선 패턴과 플러그의 손상을 방지하고 단차의 발생을 방지하여 소자 분리가 용이한 광로조절장치의 제조방법에 관한 것이다.
화상표시장치는 표시방법에 따라, 직시형 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로 구분된다.
직시형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 있는데, 이러한 CRT 화상표시장치는 화질은 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증대와 가격이 비싸지는 등의 문제점이 있어 대화면을 구비하는데 한계가 있다.
투사형 화상표시장치는 대화면 액정표시장치(Liquid Crystal Display: 이하 LCD라 칭함) 등이 있는데, 이러한 대화면 LCD의 박형화가 가능하여 중량을 작게할 수 있다. 그러나 이러한 LCD는 편광판에 의한 광의 손실이 크고 LCD를 구동하기 위한 박막트랜지스터가 화소 마다 형성되어 있어 개구율(과의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.
따라서, 미합중국 Aura사에 의해 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays: 이하 AMA라 칭함)를 이용한 투사형 화상표시장치가 개발되었다. AMA를 이용한 투사형 화상표시장치는 광원에서 발광된 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리한 후, 이 광을 액츄에이터들로 이루어진 광로조절장치의 구동에 의해 광로를 변경시킨다. 즉, 액츄에이터들에 실장되어 이 액츄에이터들이 개별적으로 구동되는 것에 의해 기울어지는 거울들에 각각 반사시켜 광로(light path)를 변경시키는 것에 의해 광의 양을 조절하여 화면으로 투사시킨다. 그러므로 화면에 화상이 나타나게 된다. 상기에서, 액츄에이터는 압전 또는 전왜세라믹으로 이루어진 변형부가 인가되는 전압에 의해 전계가 발생되어 변형되는 것을 이용하여 거울을 기울게 한다. AMA는 구동방식에 따라 1차원 AMA와 2차원 AMA로 구별된다. 1차원 AMA는 거울들이 M×1 어레이로 배열되고, 2차원 AMA는 거울들이 M×N 어레이로 배열되고 있다. 따라서, 1차원 AMA를 이용한 투사형 화상표시장치는 주사거울을 이용하여 M×1개 광속들을 선주사시키고, 2차원 AMA를 이용하는 투사형 화상표시장치는 M×N개의 광속들을 투사시켜 화상을 나타내게 된다.
또한, 액츄에이터는 변형부의 형태에 따라 벌크형(bulk type)과 박막형(thin film type)으로 구분된다. 상기 벌크형은 다층 세라믹을 얇게 잘라 내부에 금속전극이 형성된 세라믹웨이퍼(ceramic wafer)를 구동기판에 실장한 후 쏘잉(sawing) 등으로 가공하고 거울을 실장한다. 그러나 벌크형 액츄에이터는 액츄에이터들을 쏘잉에 의해 분리하여야 함으로 긴 공정시간이 필요하며, 또한 변형부의 응답 속도가 느린 문제점이 있었다. 따라서, 반도체공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형의 액츄에이터가 개발되었다.
제1도(a) 내지 (d)는 종래 기술에 따른 광로조절장치의 제조 공정도이다.
제1도(a)를 참조하면, 표면에 트랜지스터(도시되지 않음)가 매트릭스 형태로 내장되고, 이 트랜지스터에 전기적으로 연결된 A1 등의 금속으로 이루어진 패드(13)를 갖는 구동기판(11)의 표면에 에어 갭(air gap)을 형성하기 위한 희생막(15)을 1∼㎛ 정도의 두께로 형성한다. 그리고, 패드(13)가 형성된 부분의 희생막(15)을 통상의 포토리쏘그래피(photolithography) 방법으로 제거하여 패드(13)와 주위의 구동기판(11)을 노출시킨다. 그 다음, 1,000℃ 정도의 고온에서 상기 희생층(15)을 약 1시간 정도 열처리하여 모서리 부분이 둥글게 되도록 리플로우시킨다.
제1도(b)를 참조하면, 상기 구동기판(11)와 희생막(15)의 상부에 멤브레인(17)을 1∼2㎛ 정도의 두께로 형성한다. 그리고, 멤브레인(17)의 소정 부분에 패드(13)가 노출되도록 홈을 형성한 후, 이 홈의 내부에 전도성 금속을 채워 패드(13)들과 전기적으로 연결되는 플러그(plug:19)를 형성한다. 계속해서, 멤브레인(17)의 상부에 500∼2000Å 정도의 두께의 하부전극(21)을 플러그(19)와 전기적으로 연결되도록 형성한다. 그러므로, 패드913)와 하부전극(21)은 플러그(19)에 의해 서로 전기적으로 연결된다.
제1도(c)를 참조하면, 상기 하부전극(21)의 표면에 변형부(23) 및 상부전극(25)을 형성한다. 상기에서 변형부(23)는 압전 세라믹이나 전왜세라믹을 0.7∼2㎛ 정도의 두께로 도포하며, 상부전극(25)은 반사특성과 전기적 특성이 좋은 금속을 증착하여 형성된다. 계속해서, 상부전극(25), 변형부(23), 하부전극(21) 및 멤브레인(17)들을 구동기판(11)이 노출되도록 식각하여 액츄에이터들을 분리한다. 그리고, 상부전극(25)의 표면과 액츄에이터들의 분리에 의한 측면들에 보호막(29)을 형성한다.
제1도(d)를 참조하면, 희생막(15)을 불산용액(HF) 등의 식각용액으로 제거한다. 이때 보호막(29)은 멤브레인(17) 및 변형부(23)의 측면이 식각되어 각층들이 박리되는 것을 방지한다. 그 다음, 보호막(29)을 제거하여 에어 갭(31)을 형성한다.
상술한 종래 기술에 따른 광로조절장치의 제조방법은 액츄에이터 구동시 멤브레인의 특정 부분에 응력이 집중되어 크랙이 발생되는 것을 방지하기 위해 에어 갭을 형성하기 위한 희생층을 패터닝한 후, 1,000℃ 정도의 고온에서 희생층을 약 1시간 정도 열처리하여 희생층의 모서리 부분이 둥글게 되도록 리플로우시킨다. 또한, 액츄에이터들을 분리할 때 장시간 동안 식각에 의해 마스크가 변형됨으로 상부전극, 변형부, 하부전극 및 멤브레인을 각각의 마스크를 사용하여 식각한다.
그러나, 상술한 종래의 광로조절장치의 제조방법은 에어 갭 형성을 위한 희생층을 고온에서 장시간 동안 리플로우 시킬 때 구동기판 상부에 형성된 패드 및 플러그가 열에 의해 손상되는 문제점이 있었다. 또한 희생막에 의해 평탄도가 저하됨으로 액츄에이터를 분리하기 위한 식각 마스크를 형성할 때 포토레지스트가 균일한 두께로 도포되지 않고, 더욱이 액츄에이터 분리시 상부 층으로부터 하부층으로 갈수록 평탄도가 더욱 저하됨으로 원하는 마스크를 형성하기 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 고온의 리플로우 공정을 하지 않고도 응력의 집중을 방지할 수 있는 광로조절장치의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 평탄도를 향상시켜 액츄에이터들의 분리를 용이하게 할 수 있는 광로조절장치의 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 광로조절장치의 제조방법은 트랜지스터들을 매트릭스 상태로 내장하고 표면에 상기 트랜지스터들과 전기적으로 연결된 패드들을 갖는 구동기판의 상부에 지지부를 형성하는 공정과, 상기 패드들 주위의 소정 부분을 제외한 상기 지지부를 상기 구동기판과 접촉되도록 산화시켜 희생막을 형성하고 평탄화하는 공정과, 상기 지지부와 상기 희생막의 상부에 멤브레인을 형성하는 공정과, 상기 멤브레인과 상기 지지부의 소정 부분을 상기 패드가 노출되도록 제거하고 플러그를 형성하는 공정과, 상기 멤브레인 상부에 상기 플러그와 전기적으로 연결되도록 하부 전극을 형성하는 공정과, 상기 하부전극의 상부에 변형부와 상부전극을 순차적으로 형성하는 공정과, 상기 상부전극부터 상기 멤브레인까지 소정 부분을 상기 희생막이 노출되도록 제거하여 액츄에이터들을 분리하고 상기 희생막을 제거하는 공정을 구비한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제2도(a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 광로조절장치의 제조 공정도이다.
제2도(a)를 참조하면, 표면에 트랜지스터(도시되지 않음)가 매트릭스 형태로 내장되고, 이 트랜지스터에 전기적으로 연결된 패드(43)를 갖는 구동기판(41)의 표면에 화학기상침적(Chemical Vapor Deposition: 이하 CVD라 칭함)법으로 다결정실리콘을 1∼2㎛ 정도의 두께로 침적하여 지지부(45)를 형성한다. 그리고 패드(43)가 형성된 부분을 제외한 지지부(45)의 소정 부분을 통상의 '로코스'(Local Oxidation of Silicon: 이하 LOCOS라 칭함) 방법에 의해 산화시켜 희생막(47)을 형성한다. 상기에서 다결정실리콘은 산화 속도가 빠르고 산화가 용이함으로 희생막(47)을 구동기판(41)과 접촉되도록 형성한다. 또한, 희생막(47)은 LOCOS 공정시 포토마스크(도시되지 않음)와 접촉되는 부분도 산화되어 버즈 비크(bird's beak: 49)가 생성된다.
제2도(b)를 참조하면, 지지부(45)의 두께보다 더 두껍게 산화된 희생막(47)을 제거하여 평탄화한다. 그리고, 다결정실리콘층(45) 및 희생막(47)의 상부에 질화실리콘(Si3N4) 또는 탄화실리콘 등의 규화물을 스퍼터링 또는 CVD 방법 등에 의해 1∼2㎛ 정도의 두께로 침적하여 멤브레인(51)을 형성한다. 그 다음 통상의 포토리쏘그래피 방법에 의해 멤브레인(51)과 지지부(45)의 소정 부분에 개구(52)를 형성하고, 이 개구(52)의 내부에 텅스텐(W) 또는 티타늄(Ti) 등의 고융점 금속을 채워 패드(43)들과 전기적으로 연결되는 플러그(plug: 53)를 형성한다. 계속해서, 멤브레인(19)의 상부에 백금(Pt) 또는 백금/티타늄(Pt/Ti) 등을 진공증착 또는 스퍼터링 등에 의해 500∼2000Å 정도의 두께로 증착하여 하부전극(55)을 형성한다. 상기에서 하부전극(55)을 플러그(53)와 전기적으로 연결되도록 형성하여 플러그(53)에 의해 패드(53)와 하부전극(23)이 전기적으로 연결되도록 한다.
제2도(c)를 참조하면, 상기 하부전극(55)의 표면에 변형부(57)를 형성한다. 상기에서 변형부(57)는 BaTiO3, PZT(Pb(Zr, Ti)O3) 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 등의 압전세라믹이나, 또는 PMN(Pb(Mg, Nb)O3) 등의 전왜세라믹을 So1-Gel법, 스퍼터링 또는 CVD법 등에 의해 1∼2㎛ 정도의 두께로 도포 됨으로써 형성된다. 상기에서, 변형부(57)가 얇게 형성됨으로 별도의 분극을 하지 않고도 구동시 인가되는 화상신호에 의해 분극되도록 한다. 계속해서, 변형부(57)의 상부에 상부전극(59)을 형성한다. 상기 상부전극(59)은 전기 전도도 및 반사 특성이 좋은 금속인 알루미늄이 스퍼터링 또는 진공증착방법으로 500∼1000Å 정도의 두께로 증착되어 형성된다. 그리고 상부전극(59), 변형부(57), 하부전극(55) 및 멤브레인(51)을 포토리쏘그래피 방법으로 소정 부분을 제거하여 액츄에이터들을 분리한다. 상기에서 상부전극(59), 변형부957), 하부전극(55) 및 멤브레인(51)은 순차적으로 각 층마다 각각의 포토리쏘그래피방법을 수행하는 것으로 상기 각 층들의 평탄도가 좋으므로 식각 마스크(도시되지 않음)을 형성하기 위한 포토레지트층이 균일한 두께로 도포된다. 그러므로, 상기 식각 마스크를 형성할 때 균일하게 노광되어 원하는 패턴을 형성하기 용이하며, 이에 의해 액츄에이터들의 분리를 용이하게 한다. 그리고, 상부전극(59)의 상부와 액츄에이터들의 분리에 의한 측면들에 포토레지스트를 포함하는 폴리머, 산화 실리콘(SiO2) 또는 질화실리콘을 증착하여 보호막(61)을 형성한다.
제2도(d)를 참조하면, 희생막(47)을 불산(HF) 등의 식각용액으로 제거한다. 상기에서 희생막(47)이 식각된 공간(63)은 액츄에이트들이 구동되는 에이 갭이 되며, 상기 버즈 비크(49)는 공간(63)과 멤브레인(51)이 급격히 접하지 않도록 하여 멤브레인(51)의 특정 부분에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 그리고, 보호막(61)은 희생막(47)을 식각할 때 변형부(25) 등의 측면이 식각 용액과 접촉되지 않도록 하여 식각되는 것을 방지한다. 그 다음, 보호막(61)을 제거한다. 상기에서, 보호막(61)이 산화실리콘으로 형성되어 있다면, 이 보호막(61)은 희생막(47)을 식각할 때 같이 식각되어 제거된다. 그러므로, 보호막(61)을 제거하기 위한 별도의 공정이 필요하지 않게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 광로조절장치의 제조방법은 구동기판의 표면에 다결정실리콘으로 지지부를 형성하고 패드가 형성된 부분을 제외한 지지부의 소정 부분을 산화시켜 희생막을 형성한 후 지지부보다 두껍게 부분의 희생막을 제거하여 평탄화한다. 그리고, 멤브레인, 하부전극, 변형부 및 상부전극을 형탄하게 형성하고 액츄에이터들을 분리한 후 희생막을 식각 용액으로 제거하여 버즈 비크에 의해 공간과 멤브레인이 완만하게 접하는 에어 갭을 한정한다.
따라서, 본 발명은 버즈 비크에 의해 공간과 멤브레인이 급격히 접하지 않도록 하여 별도의 고온의 리플로우를 수행하지 않고 멤브레인의 특정 부분에 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있는 잇점이 있다. 또한 평탄도를 향상시켜 포토레지트층을 균일한 두께로 도포할 수 있으므로 균일하게 노광하여 원하는 식각 마스크를 형성할 수 있어 액츄에이터들의 분리를 용이하게 할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (18)

  1. 트랜지스터들을 매트릭스 상태로 내장하고 표면에 상기 트랜지스터들과 전기적으로 연결된 패드들을 갖는 구동기판의 상부에 지지부를 형성하는 공정과, 상기 패드들 주위의 소정 부분을 제외한 상기 지지부를 상기 구동 기판과 접촉되도록 산화시켜 희생막을 형성하고 평탄화하는 공정과, 상기 지지부와 상기 희생막의 상부에 멤브레인을 형성하는 공정과, 상기 멤브레인과 상기 지지부의 소정 부분을 상기 패드가 노출되도록 제거하고 플러그를 형성하는 공정과, 상기 멤브레인 상부에 상기 플러그와 전기적으로 연결되도록 하부전극을 형성하는 공정과 상기 하부전극의 상부에 변형부와 상부전극을 순차적으로 형성하는 공정과, 상기 상부전극부터 상기 멤브레인까지 소정 부분을 상기 희생막이 노출되도록 제거하여 액츄에이터들을 분리하고 상기 희생막을 제거하는 공정을 구비하는 광로조절장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 지지부를 다결정실리콘을 화학기상침적법으로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서 상기 지지부를 1∼2㎛ 두께로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 희생막을 로코스(LOCOS) 방법으로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 멤브레인을 질화실리콘 또는 탄화실리콘의 규화물로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 하부전극을 백금 또는 백금/티타늄을 500∼2000Å의 두께로 증착하여 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 변형부를 BaTiO3, PZT 또는 PLZT의 압전세라믹으로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 변형부를 PMN의 전왜세라믹으로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 변형부를 Sol-Gel법, 스퍼터링 또는 화학기상침적법으로 형성하는 광로조절장치 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 변형부를 1∼2㎛의 두께로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 상부전극을 전기 전도도 및 반사 특성이 양호한 알루미늄으로 스퍼터링 또는 진공증착하여 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 상부전극을 500∼1000Å의 두께로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 상기 상부전극부터 멤브레인까지 소정 부분을 식각하여 액츄에이터들을 분리하는 광로조절장치의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 상부전극부터 멤브레인까지 각 층마다 각각의 식각 마스크를 이용하여 순차적으로 식각하는 광로조절장치의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 상부전극의 상부와 액츄에이터들의 분리에 의한 측면들에 보호막을 형성하는 공정을 더 구비하는 광로조절장치의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 보호막을 산화실리콘으로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 보호막을 포토레지스트를 포함하는 폴리머 또는 질환실리콘으로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 회생막을 제거한 후 보호막을 제거하는 공정을 더 구비하는 광로조절장치의 제조 방법.
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