KR0154959B1 - 광로조절장치의 제조방법 - Google Patents

광로조절장치의 제조방법

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KR0154959B1 KR1019950009392A KR19950009392A KR0154959B1 KR 0154959 B1 KR0154959 B1 KR 0154959B1 KR 1019950009392 A KR1019950009392 A KR 1019950009392A KR 19950009392 A KR19950009392 A KR 19950009392A KR 0154959 B1 KR0154959 B1 KR 0154959B1
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Abstract

본 발명은 광로조절장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 상부전극 및 변형부의 소정 부분을 포토리쏘그래피 방법으로 제거한 후, 이 제거된 부분을 포함한 단차 부분에 포지티브형 포토레지스트를 채워 제1마스크를 형성하고 상기 상부전극 상에 네가티브형 포토레지스트로 제2마스크 형성하며, 제2마스크를 노광 마스크로 이용하여 제1마스크의 노출된 부분을 시간 및 에너지를 증가시켜 노광하고 현상하여 하부전극을 노출시킨 후 하부전극 및 멤브레인을 연속적으로 식각하여 액츄에이터들을 분리는데 단차 부분의 상부전극상에 형성된 제1마스크는 노광시 인접하는 부분의 하부전극에서 반사되는 광의 영향이 최소화된다. 따라서, 노광 시간 및 에너지를 증가시켜 현상할 때 포토레지스트 잔유물의 생성을 방지할 수 있으며, 또한, 단차 부분의 상부전극 상에 형성된 제1마스크는 노광시 인접하는 부분의 하부전극에서 반사되는 광의 영향이 최소화되어 원하는 마스크를 정확히 형성할 수 있다.

Description

광로조절장치의 제조 방법
제1도(a) 내지 (d)는 종래 기술에 따른 광로조절장치의 제조 공정도.
제2도(a) 내지 (e)는 본 발명의 실시예에 따른 광로조절장치의 제조 공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
41 : 구동기판 43 : 패드
45 : 희생막 47 : 멤브레인
49 : 개구 51 : 플러그
53 : 하부전극 55 : 변형부
57 : 상부전극 59 : 제1마스크
61 : 제2마스크 63 : 보호막
65 : 에어 갭
본 발명은 투사형 화상표시장치에 이용되는 광로조절장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 포지티브형 포토레지스트(positive type photoresist) 및 네가티브형 포토레지스트(negaitive type photoresist)를 이용하여 액츄에이터들의 분리를 용이하게 할 수 있는 광로조절장치의 제조 방법에 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 작게 할 수 있다. 그러나 이러한 LCD는 편광판에 의한 광의 손실이 크고 LCD를 구동하기 위한 박막트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구을(과의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.
따라서, 미합중국 Aura사에 의해 액cb에이티드 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∼2㎛ 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.
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 전왜 세라믹을 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 표면에 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 액츄에이터들을 분리할 때 장시간 동안 식각에 의해 마스크가 변형됨으로 상부전극, 변형부, 하부전극 및 멤브레인을 각각의 마스크를 사용하여 식각한다.
그러나, 액츄에이터 분리시 하부층으로 갈수록 단차가 커져 그 부분의 포토레지스트가 두껍게 도포되므로 노광 후 현상할 때 포토레지스트 잔유물이 생성되는 문제점이 있었다. 또한, 포토레지스트 잔유물을 남기지 않고 현상시키기 　해서는 노광 시간 및 에너지를 증가시켜 충분히 노광시켜야 하는데, 노광 에너지를 증가시키면 광이 구동기판에 반사되어 원하지 않는 부분도 노광시킴으로 원하는 마스크를 형성하기 어려운 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 노광 시간 및 에너지를 증가시켜 포토레지스트 잔유물의 생성을 방지할 수 있는 광로조절장치의 제조 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 원하는 마스크를 정확하게 형성할 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 희생막을 형성하는 공정과, 상기 패드들 주위의 소정 부분의 상기 희생막을 제거하여 상기 구동기판을 노출시키고, 상기 노출된 구동기판과 상기 희생막의 상부에 멤브레인을 형성하는 공정과, 상기 멤브레인의 소정 부분을 상기 패드가 노출되도록 제거하여 개구를 형성하고 그 개구에 플러그를 형성하고, 상기 멤브레인 상부에 하부전극, 변형부 및 상부전극을 순차적으로 형성하는 공정과, 상기 상부전극과 상기 변형부의 소정부분을 상기 하부전극이 노출되도록 제거하고, 상기 상부전극 및 변형부가 제거된 부분을 포함한 단차 부분에 제1감광형의 포토레지스트로 제1마스크를 형성하는 공정과, 상기 제1마스크의 소정 부분을 포함한 상부전극의 상부에 제2감광형의 포토레지스트로 제2마스크를 형성하고 상기 제2마스크 하부에 형성된 것을 제외한 제1마스크를 제거하는 공정과, 상기 노출된 하부전극과 멤브레인을 식각하여 액츄에이터들을 분리하고 상기 희생막을 제거하는 공정을 구비한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
제2도(a) 내지 (e)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 1∼2㎛ 정도의 두께로 희생막(45)을 형성한다. 상기에서, 구동기판(41)은 유리 또는 알루미나(Al2O3) 등의 절연물질, 또는 실리콘 등의 반도체로 이루어진다. 상기에서, 희생막(45)을 PSG(Phospho-Silicate Glass) 또는 다결정 실리콘으로 형성하되, PSG면 스핀 코팅(spin coating) 방법으로, 다결정 실리콘이면 화학기상침적(Chemical Vapor Deposition: 이하 CVD라 칭함)법으로 형성한다. 그리고, 패드(43)들의 주위를 포함한 소정 부분의 희생막(45)을 식각하여 구동기판(41)을 노출시킨다.
제 2 도(b)를 참조하면, 상기 구동기판(41) 및 희생막(47)의 상부에 질화실리콘(Si3N4) 또는 탄화실리콘 등의 규화물을 스퍼터링 또는 CVD 방법 등에 의해 1∼2㎛ 정도의 두께로 침적하여 멤브레인(47)을 형성한다. 그 다음 통상의 포토리쏘그래피 방법에 의해 멤브레인(49)의 소정 부분에 개구(49)를 형성하고, 그 개구(49)의 내부에 텅스텐(W) 또는 티타늄(Ti) 등의 금속을 채워 패드(43)들과 전기적으로 연결되는 플러그(plug: 51)를 형성한다. 계속해서, 멤브레인(47)의 상부에 백금(Pt) 또는 백금/티타늄(Pt/Ti) 등을 진공증착 또는 스퍼터링 등에 의해 500∼2000Å 정도의 두께로 증착하여 하부전극(53)을 형성한다. 상기에서 하부전극(53)을 플러그(51)와 전기적으로 연결되도록 형성하여 플러그(51)에 의해 패드(43)와 하부전극(53)이 전기적으로 연결되도록 한다.
상기 하부전극(53)의 표면에 변형부(55) 및 상부전극(5)을 순차적으로 형성한다. 상기에서 변형부(55)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 도포함으로써 형성된다. 상기에서, 변형부(55)가 얇게 형성됨으로 별도의 분극을 하지 않고도 구동시 인가되는 화상신호에 의해 분극되도록 한다. 상기 상부전극(57)은 전기 전도도 및 반사 특성이 좋은 금속인 알루미늄을 스퍼터링 또는 진공증착방법으로 500∼1000Å 정도의 두께로 증착함으로써 형성된다. 상기에서 상부전극(59), 변형부(57), 하부전극(55) 및 멤브레인(51)은 희생막(45)상에 형성된 부분과 구동기판(41) 상에 형성된 부분의 사이에는 희생막(45)의 두께만큼의 단차를 갖는다.
제2도(c)를 참조하면, 상부전극(57) 및 변형부(55)의 소정 부분을 포토리쏘그래피 방법으로 제거한다. 상기에서 상부전극(57) 및 변형부(55)는 각각의 포토마스크가 필요하다. 그리고 상기 상부전극(57) 및 변형부(55)가 제거된 부분을 포함한 단차 부분에 포지티브형 포토레지스트를 채워 제1마스크(59)를 형성한다. 그 다음, 상부전극(57) 및 제1마스크(59)의 상부에 네가티브형 포토레지스트를 도포한 후 노광 및 현상하여 상기 상부전극(57)상에 제2마스크(61)를 형성한다. 그리고, 제2마스크(61)를 노광 마스크로 이용하여 제1마스크(59)의 노출된 부분을 노광 및 현상하여 하부전극(53)을 노출시킨다. 상기 제1마스크(59)를 노광 및 현상할 때, 시간 및 에너지를 증가시켜 충분히 노광되어 현상시 잔유물이 남지 않도록 한다. 이때 단차 부분에 있는 상부전극(57)에 형성된 제1마스크(59)는 노광시 인접하는 부분의 하부전극(53)에서 반사되는 광의 영향이 최소화됨으로 현상시 제거되지 않고 남게 된다.
상기에서 제2마스크(61)를 현상한 후 제1마스크(59)를 노광하였으나, 다른 실시예에서는 제1마스크(59)를 형성한 후 바로 노광함으로써 제2마스크(61)를 현상할 때 같이 현상시킬 수도 있다.
또한, 제1마스크(59)를 포지티브형 포토레지스트로, 제2마스크(61)를 네가티브형 포토레지스트로 형성하였으나, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 제1마스크(59)를 네가티브형 포토레지스트로, 제2마스크(61)를 포지티브형 포토레지스트로 형성할 수도 있다.
제2도(d)를 참조하면, 제1 및 제2마스크(59)(61)를 식각 마스크로 이용하여 상기 노출된 하부전극(53) 및 멤브레인(47)을 연속적으로 제거하여 액츄에이터들을 분리한다. 그리고 제1 및 제2마스크(59)(61)를 제거하고 상부전극(59)의 상부와 액츄에이터들의 분리에 의한 측면들에 포토레지스트를 포함하는 폴리머, 산화실리콘 또는 질화실리콘으로 보호막(63)을 형성한다.
제2도(e)를 참조하면, 희생막(45)을 불산(HF) 등의 식각용액으로 제거한다. 상기에서, 희생막(45)이 식각된 공간(65)은 액츄에이터들이 구동되는 에어 갭이 된다. 상기에서 보호막(63)은 희생막(45)을 식각할 때 변형부(55) 등의 측면이 식각 용액과 접촉되어 식각되는 것을 방지한다. 그 다음, 보호막(63)을 제거한다. 상기에서 보호막(63)이 산화실리콘으로 형성되어 있다면, 이 보호막(63)은 희생막(45)을 식각할 때 같이 식각되어 제거된다. 그러므로, 보호막(63)을 제거하기 위한 별도의 공정이 필요하지 않게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명은 상부전극 및 변형의 소정 부분을 포토리쏘그래피 방법으로 제거한 후, 이 제거된 부분을 포함한 단차 부분에 포지티브형 포토레지스트를 채워 제1마스크를 형성하고 상기 상부전극 상에 네가티브형 포토레지스트로 제2마스크 형성한다. 그리고, 제2마스크를 노광 마스크로 이용하여 제1마스크의 노출된 부분을 시간 및 에너지를 증가시켜 노광하고 현상하여 하부전극을 노출시킨 후 하부전극 및 멤브레인을 연속적으로 식각하여 액츄에이터들을 분리하는데 단차 부분의 상부전극 상에 형성된 제1마스크는 노광시 인접하는 부분의 하부전극에서 반사되는 광의 영향이 최소화된다.
따라서, 본 발명은 노광 시간 및 에너지를 증가시켜 현상할 때 포토레지스트 잔유물의 생성을 방지할 수 있으며, 또한 단차 부분의 상부전극 상에 형성된 제1마스크는 노광시 인접하는 부분의 하부전극에서 반사되는 광의 영향이 최소화되어 원하는 마스크를 정확히 형성할 수 있는 이점이 있다.

Claims (19)

  1. 트랜지스터들을 매트릭스 상태로 내장하고 표면에 상기 트랜지스터들과 전기적으로 연결된 패드들을구동기판의 상부에 희생막을 형성하는 공정과, 상기 패드들 주위의 소정 부분을 제외한 상기 희생막을 제거하여 상기 구동 기판과 노출시키고, 상기 노출된 구동기판과 상기 희생막의 상부에 멤브레인을 형성하는 공정과, 상기 멤브레인의 소정 부분을 상기 패드가 노출되도록 제거하여 개구를 형성하고 그 개구에 플러그를 형성하고, 상기 멤브레인 상부에 하부전극, 변형부 및 상부전극을 순차적으로 형성하는 공정과 상기 상부전극과 상기 변형부의 소정 부분을 상기 하부전극이 노출되도록 제거하고, 상기 상부전극 및 변형부가 제거된 부분을 포함한 단차 부분에 제1감광형의 포토레지스트로 제1마스크를 형성하는 공정과, 상기 제1마스크의 소정 부분을 포함한 상부전극의 상부에 제2감광형 포토레지스트로 제2마스크를 형성하고 상기 제2마스크 하부에 형성된 것을 제외한 제1마스크를 제거하는 공정과, 상기 노출된 하부전극과 멤브레인을 식각하여 액츄에이터들을 분리하고 상기 희생막을 제거하는 공정을 구비하는 광로조절장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 희생막을 PSG 또는 다결정 실리콘으로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 멤브레인을 질화실리콘 또는 탄화실리콘의 규화물로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 하부전극을 백금 또는 백금/티타늄을 500∼2000Å의 두께로 증착하여 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 변형부를 BaTiO3, PZT 또는 PLZT의 압전세라믹으로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 변형부를 PMN의 전왜 세라믹으로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 변형부를 Sol-Gel법, 스퍼터링 또는 화학기상침적법으로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 변형부를 1∼2㎛의 두께로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 상부전극을 전기전도도 및 반사특성이 양호한 알루미늄을 스퍼터링 또는 진공증착하여 형성하는 광로조절장치 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 상부전극을 500∼1000Å의 두께로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1감광형이 포지티브형이고 제2감광형이 네가티브형인 광로조절장치의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제2마스크를 현상하고 제1마스크를 전면 노광하는 광로조절장치의 제조 방법.
  13. 제11항에 있어서, 상기 제1마스크를 형성하고 바로 노광하는 광로조절장치의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 상기 제1감광형이 네가티브형이고, 제2감광형이 포지티브형인 광로조절장치의 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서, 상기 하부전극과 멤브레인을 제1 및 제2마스크를 이용하여 연속하여 식각하는 광로조절장치의 제조 방법.
  16. 제1항에 있어서, 상기 상부전극의 상부와 액츄에이터들의 분리에 의한 측면들에 보호막을 형성하는 공정을 더 구비하는 광로조절장치의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 보호막을 산화실리콘으로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  18. 제16항에 있어서, 상기 보호막을 질화실리콘 또는 포토레지스트를 포함하는 폴리머로 형성하는 광로조절장치의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 희생막을 제거한 후 보호막을 제거하는 공정을 더 구비하는 광로조절장치의 제조 방법.
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