KR100197378B1 - 광로 조절 장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 구동 기판(310)상에 희생층(330)을 소정 형상으로 형성하는 단계와, 상기 희생층(330)의 상부에 멤브레인(342)을 형성하는 단계와, 상기 멤브레인(342)을 관통하는 콘택홀(350)을 형성하고, 상기 컨택홀 및 상기 멤브레인(342)의 상부에 하부 전극(343)을 형성하는 단계와, 상기 하부 전극(343)의 상부에 변형부(344)를 형성하는 단계와, 상기 변형부(344)의 상부에 응력 완충층(345)을 형성하는 단계와, 상기 응력 완충층(345)의 상부에 상부 전극(345)을 형성하는 단계와, 상기 단계들에 의해서 형성된 상부전극에서부터 멤브레인까지의 일부를 순차적으로 식각하여 희생층을 노출시키는 단계와, 그리고 상기 희생층(330)을 제거하는 단계로 이루어지며 이에 의해서 상기 변형부의 박리 현상을 방지시킬 수 있다.

Description

광로 조절 장치의 제조 방법

제1도는 일반적인 광로 조절 장치를 도시한 단면도.

제2도(a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 제조 방법을 순차적으로 도시한 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

310 : 구동 기판 320 : 패드

330 : 희생층 342 : 멤브레인

343 : 하부 전극 344 : 변형부

345 : 응력 완충층 346 : 상부 전극

본 발명은 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 상부 전극의 잔류 응력에 의해서 변형부가 하부 전극으로부터 박리되는 현상을 방지할 수 있는 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광로 조절 장치는 제어시스템으로부터 인가되는 전기적 신호에 의하여 집속된 광속의 광로를 조절시키기 위한 장치로서, 제1도에 도시되어 있는 바와 같이 전기적 접점 단자로 작용하는 복수개의 트랜지스터 패드(120)가 내장된 구동 기판(110)상에 소정 형상으로 형성된 희생층(130)이 형성되고 상기 희생층(130)상에 순차적으로 적층된 복수개의 층으로 이루어진 액츄에이터(140)를 구비하고 있다.

이때, 상기 액츄에이터(140)를 구성하는 복수개의 층은 멤브레인(142)과, 하부 전극(143)과, 변형부(144)와 상부 전극(145)으로 이루어져 있고, 또한 상기 희생층(130)을 제거함으로서 상기 액츄에이터(140)는 자유 단부가 구동가능한 캔틸레버(cantilever) 형상으로 형성된다.

한편, 상기 하부 전극(143)은 콘택홀(150)을 통하여 상기 패드(120)와 전기적으로 연결되어 있으며 그 결과 도시되어 있지 않은 제어 시스템으로부터 전기적 신호가 상기 하부 전극(143)에 인가되고 이와 동시에 상기 변형부(144)가 압전 특성을 타나내며 이에 의해서 상기 액츄에이터(140)가 구동하게 된다.

한편, 상기 액츄에이터(140)를 구성하는 복수개의 층들중 상기 변형부(144)는 졸-겔 공정(sol-gel)에 의하여 상기 도전성 금속으로 이루어진 하부 전극(143)상에 압전 특성을 나타내는 세라믹 물질을 소정 두께로 적층시킴으로서 형성된다.

이때, 상기된 바와 같이, 졸-겔 공정에 의하여 형성된 상기 변형부(144)는 상기 하부 전극(143)에 대한 접촉 특성(adhension property)이 불량한 상태로 유지되어 있으므로 상기 상부 전극(145)을 알루미늄으로 형성시키는 경우에 상기 상부 전극(145)에 잔류하는 응력에 의하여 이 후에 실시되는 공정중에 상기 변형부(144)가 박리하는 현상이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 상부 전극의 증착시 상부전극에 발생되는 응력 발생을 완화시켜서 변형부층의 박리 현상을 방지시키기 위한 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적은 구동 기판(310)상에 희생층(330)을 소정 형상으로 형성하는 단계와, 상기 희생층(330)의 상부에 멤브레인(342)을 형성하는 단계와, 상기 멤브레인(342)을 관통하는 콘택홀(350)을 형성하고, 상기 컨택홀 및 상기 멤브레인(342)의 상부에 하부 전극(343)을 형성하는 단계와, 상기 하부 전극(343)의 상부에 변형부(344)를 형성하는 단계와, 상기 변형부(344)의 상부에 응력 완충층(345)을 형성하는 단계와, 상기 응력 완충층(345)의 상부에 상부 전극(345)을 형성하는 단계와, 상기 단계들에 의해서 형성된 상부전극에서부터 멤브레인까지의 일부를 순차적으로 식각하여 희생층을 노출시키는 단계와, 그리고 상기 희생층(330)을 제거하는 단계로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법에 의해서 달성된다.

본 발명의 일실시에에 따르면, 상기 응력 완충층은 Pt, Pt/Ta 또는 Pt/Ti 성분으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 상부 전극은 약 200 내지 500℃ 온도하에서 열처리되는 것을 특징으로 한다.

제2도(a)내지 (d)는 본 발명의 일실시예에 따라서 광로 조절 장치를 제조하기 위한 방법을 순차적으로 도시한 공정도이다.

즉, 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 제조 방법은 구동 기판(310)상에 소정 형상으로 패터닝된 희생층(330)을 형성시키는 단계와, 상기 희생층(330)상에 멤브레인(342)을 형성하는 단계와, 상기 멤브레인(342)상에 콘택홀(350)을 형성시키고 하부 전극(343)을 형성시키는 단계와, 상기 하부 전극(343)상에 변형부(344)를 형성시키는 단계와, 상기 변형부(344)의 상부에 응력 완충층(345)을 형성시키는 단계와, 상기 응력 완충층(345)상에 상부 전극(346)을 형성시키는 단계와, 그리고 식각 공정에 의하여 노출된 상기 희생층(330)을 제거하는 단계로 이루어진다.

먼저, 제2도(a)를 참조하면, 상기 구동 기판(310)은 도시되어 있지 않은 제어 시스템과 연결되어 있는 복수개의 트랜지스터를 내장하고 있으며 또한 상기 트랜지스터에 전기적으로 연결되어서 접점 단자로 작용하는 복수개의 패드(320)가 상기 구동 기판(310)의 표면상에 형성된다.

이때, 상기 구동 기판(310)상에 인이 함유된 실리콘 산화물 즉 포스포 실리게이트 글라스(PSG) 또는 다결정 실리콘을 물리 기상 증착 공정(PDV:physical vapour deposition) 또는 화학 기상 증착 공정(CVD:chemical vapour deposition)에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 형성된 희생층(sacrifical layer)(330)을 소정 형상으로 패터닝시킨다.

한편, 상기 희생층(330)을 패터닝시키기 위한 본 발명의 일실시예에 따르면 소정 두께로 형성된 상기 희생층(330)상에 포토 레지스트(PR)를 소정 두께로 도포시켜서 감광층을 형성시킨 후, 포토 리쏘그래피 공정(photo lithography)에 의하여 상기 감광층을 소정 형상으로 패터닝시킨다.

즉, 상기 포토 리쏘그래피 공정에 따르면, 포토 마스크 또는 스텝퍼(stepper)를 사용하여 상기 감광층의 일부를 자외선에 노광시키고 현상액에 현상시킴으로서 상기 감광층을 소정 형상으로 패터닝시키며 이 후에 상기 감광층의 패턴을 통하여 노출된 상기 희생층(330)의 일부를 제거하며 이에 의해서 소정 형상으로 패터닝된 희생층(330)이 형성된다.

한편, 제2도(b)를 참조하면, 상기된 바와 같이 소정 형상으로 패터닝된 상기 희생층(330)상에 질화 실리콘(SiN) 또는 탄화 실리콘(SiC)과 같은 규격화물을 스퍼터링(sputtering) 증착 공정과 같은 물리 기상 증착 공정(PVD) 또는 화학 기상 증착 공정(CVD)을 통하여 소정 두께로 적층시켜서 멤브레인(342)을 형성시키며 이러한 멤브레인(342)의 패턴 형성은 상기 희생층(330)에 의한 소정 크기의 단차를 구비하게 된다.

또한, 상기 멤브레인(342)의 일부는 이방성 에칭 특성이 양호한 반응성 이온 식각 공정(RIE)과 같은 건식 식각 공정에 의하여 제거되며 이에 의해서 상기 멤브레인(342)상에 소정 크기의 단차를 갖는 콘택홀(contact hole)(350)이 형성되고 이러한 콘택홀(350)을 통하여 상기 구동 기판(310)상에 형성된 패드(320)가 노출된다.

이때, 상기된 바와 같이 콘택홀(350)이 형성된 상기 멤브레인(342)상에 백금 및 탄탈늄(Pt/Ta) 또는 백금 및 티타늄(Pt/Ti)과 같은 도전성 금속을 스퍼터링 증착 공정(sputtering)과 같은 진공 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 하부 전극(343)을 형성시킨다.

여기에서, 상기 하부 전극(343)은 상기 콘택홀(350)을 통하여 상기 구동 기판(310)상에 노출된 패드(320)와 전기적으로 연결되어서 작동 전극으로 역할한다.

한편, 압전 특성을 타나태는 세라믹 조성물을 졸-겔 공정에 의하여 상기 하부 전극(343)상에 소정 두께로 적층시킴으로서 변형부(344)를 형성시킨다.

이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 세라믹 조성물은 BaTiO₃, Pb(Zr,Ti) O_3,(Pb,La)(Zr,Ti)O₃조성의 압전 세라믹 또는 Pb(Mg,Nb)O₃조성의 전왜 세라믹으로 구성된다.

여기에서, 상기 변형부(344)는 별도의 분극을 가하지 않아도 도시되어 있지 않은 제어 시스템으로부터 상기 콘택트홀(350)을 통하여 상기 하부 전극(343)에 인가되는 전기적 신호에 의하여 분극될 수 있을 정도의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 변형부(344)를 구성하고 있는 상기 세라믹 조성을 급가열 공정(rapid thermal annealing system)에 의하여 열처리시킴으로서 상기 변형부(344)의 결정 구조를 페로브스카이트(perovskite) 결정 구조로 형성시키며 이에 의해서 상기 변형부(344)는 상기된 바와 같이 제어 시스템으로부터 인가되는 전기장에 의하여 외형이 변하게 되는 압전 특성을 양호하게 나타낸다.

또한, 상기 변형부(344)상에 스퍼터링 증착 공정(sputtering)에 의하여 백금(Pt)를 소정 두께로 적층시켜서 응력 완충층(butter layer)(345)을 형성시킨다.

이때, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 응력 완충층(345)은 상기된 바와 같은 증착 공정에 의하여 상기 변형부(344)상에 탄탈늄 및 백금을 척층시킴으로서 형성된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 응력 완충층(345)은 상기된 바와 같은 증착 공정에 의하여 상기 변형부(344)상에 티타늄 및 백금을 순차적으로 척층시킴으로서 형성된다.

또한, 상기 응력 완충층(345)상에 상기된 바와 같은 적층 공정에 의하여 전기 전도도 및 반사 특성이 양호한 알루미늄으로 이루어진 박막을 소정 두께로 형성시킴으로써 상부 전극(346)을 형성시키며 이러한 상부 전극(346)은 공통 전극으로 작용한다.

이 후에, 상기 알루미늄 박막에 작용하는 응력을 완화시키기 위하여 상기된 바와 같이 상기 상부 전극(346)을 형성하는 도중에 또는 상기 상부 전극(345)이 형성된 후에 비산화성 분위기하에서 약 200 내지 500℃ 정도의 온도하에서 열처리를 수행한다.

이상, 상기된 바와 같이 상기 희생층(330)상에 상기 멤브레인(342), 하부 전극(343), 변형부(344), 응력 완충층(345) 및 상부 전극(346)을 순차적으로 적층시킴으로서 액츄에이터(340)를 형성시킨다.

이때, 상기 액츄에이터(340)의 일단부는 이방성 에칭 특성이 양호한 반응성 이온 식각 공정(RIE) 또는 이온 밀링 공정(ion milling)과 같은 건식 식각 공정에 의하여 식각되며 그 결과 상기 액츄에이터(340)는 개별적으로 작동가능하게 형성된다.

또한, 불산(HF)을 함유하는 에칭 용액을 사용하는 습식 식각 공정에 의하여 상기 구동 기판(310)상에 소정 형상으로 형성된 상기 희생층(330)을 식각 제거하며 이에 의해서 상기 액츄에이터(340)는 그의 자유 단부가 상기 구동 기판(310)으로부터 소정 간격으로 이격된 상태로 유지된 캔틸레보 형상으로 형성된다.

한편, 상기 습식 식각 공정에 따르면, 상기 에칭 용액의 식각 작용에 의한 식각율은 상기 에칭 용액의 pH 값에 따라서 변하게 되며 여기에서 상기 에칭 용액이 불산으로 이루어져 있는 경우에 상기 희생층(130)은 하기의 식(①)으로 표시된 화학 반응에 의하여 식각되어 제거된다.

즉, 상기 희생층(330)은 불산 이온(F^-)의 식각 작용에 의해서 에칭되는 반면에 상기 식각 작용시 발생되는 수소 이온(H⁺)에 의해서 상기 에칭 용액의 pH 값이 변하게 되고 그 결과 상기 희생층(330)의 식각율이 변하게 된다.

따라서, 상기 희생층(330)의 식각율을 일정하게 유지시킬 수 있도록 상기 에칭 용액의 pH 값을 일정하게 유지시키기 위하여 상기 불화 수소에 불소화 암모늄(NH₄F)과 같은 완충 용액을 첨가시킨다.

즉, 상기 에칭 용액에 첨가되는 상기 불소화 암모늄(NH₄F)은 하기의 식(②)과 같은 화학 반응을 하게 되며 그 결과 발생되는 광이 불소 이온(F^-)은 상기된 바와 같이 식각 작용에 의하여 소모된 불소 이온(F^-)을 보충시키고 이에 의해서 상기 에칭 용액의 pH 값은 일정하게 유지된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 불화 수소(HF)에 대한 상기 불소화 암모늄(NH₄F)의 완충비가 약 10:1 미만의 값을 가지며 특히 약 6:1 의 값을 갖고 이에 의해서 상기 불소 이온(F^-)의 식각 작용에 의한 시각율은 활성화 에너지에 의해 조절된다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따라서 제작된 광로 조절 장치의 액츄에이터(340)는 제어 시스템으로부터 상기 콘택홀(350)을 통하여 상기 하부 전극(343)에 전기적 신호가 인가됨과 동시에 상기 변형부(344)가 압전 특성에 의한 변형을 하게됨으로서 빛의 광로를 조절하게 돤다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 하할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 변형부와 상부 전극사이에 응력 완충층을 형성시킴으로서 상기 변형부에 작용하는 응력을 양화시키며 이에 의해서 상기 변형부의 박리 현상을 방지시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 구동 기판(310)상에 희생층(330)을 소정 형상으로 형성하는 단계와, 상기 희생층(330)의 상부에 멤브레인(342)을 형성하는 단계와, 상기 멤브레인(342)을 관통하는 콘택홀(350)을 형성하고, 상기 컨택홀 및 상기 멤브레인(342)의 상부에 하부 전극(343)을 형성하는 단계와, 상기 하부 전극(343)의 상부에 변형부(344)를 형성하는 단계와, 상기 변형부(344)의 상부에 응력 완충층(345)을 형성하는 단계와, 상기 응력 완충층(345)의 상부에 상부 전극(345)을 형성하는 단계와, 상기 단계들에 의해서 형성된 상부전극에서부터 멤브레인까지의 일부를 순차적으로 식각하여 희생층을 노출시키는 단계와, 그리고 상기 희생층(330)을 제거하는 단계로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 응력 완충층(345)은, 백금 조성으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광로 조절 치의 제조 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 응력 완충층(345)은, 상기 변형부(344)상에 탄탈늄 및 백금을 순차적으로 적층시킴으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 응력 완충층(345)은 상기 변형부(344)상에 티타늄 및 백금을 순차적으로 적층시킴으로서 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 응력 완충층(345)은 스퍼터링 증착 공정 또는 열증착 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 응력 완충층(345)상에 상부 전극(346)을 형성시킨 후에 200 내지 500℃의 온도 범위하에서 상기 상부 전극(346)을 열처리하는 공정을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 열처리 공정은 비산화성 분위기하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.