KR100197396B1 - 광로 조절 장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 구동 기판상에 소정 형상으로 패터닝된 희생층을 형성시키는 단계와, 희생층상에 멤브레인을 형성시키는 단계와, 멤브레인상에 콘택홀을 형성시키고 하부 전극을 형성시키는 단계와, 하부 전극상에 변형부를 형성시키는 단계와, 변형부상에 상부 전극을 형성시키는 단계와, 식각 공정에 의하여 노출된 희생층을 제거하는 단계를 포함하며, 변형부를 형성하는 단계는 스퍼터링 증착 공정에 의하여 하부전극상에 제1변형부를 형성하는 단계와, 제1변형부상에 졸-겔 공정에 의하여 제2변형부를 형성하는 단계와, 제2변형부상에 스퍼터링 증착 공정에 의하여 제3변형부를 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것에 의해, 변형부의 박리 현상 및 크랙 발생으로 인한 상부 전극과 하부 전극간의 전기적 단선을 방지시킬 수 있다.

Description

광로 조절 장치의 제조 방법

본 발명은 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 콘택홀 형성에 의한 변형부의 크랙 발생을 방지시킬 수 있고 또한 상기 변형부의 박리 현상을 방지시킬 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), 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, 제2도에 도시되어 있는 바와 같이 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 나타내며 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 적층시킴으로써 형성된다.

이때, 상기 세라믹 물질이 상기 하부 전극(143)을 구성하는 도전성 금속에 대한 접착 특성이 불량한 경우에 상기 변형부(144)상에 상부 전극(145)을 형성하면 후속 공정에서 상기 변형부(144)가 박리된다는 문제점이 발생된다.

이때, 상기 변형부(144)의 압전 특성을 향상시키기 위하여 상기 변형부(144)를 열처리하는 경우에 상기 변형부(144)는 수축 현상을 나타내며 이에 의해서 발생된 크랙(160)을 통하여 상기 변형부(144)상에 형성되는 상부 전극(145)과 상기 하부 전극(143)이 전기적으로 단선된다는 문제점이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 변형부를 구성하는 세라믹 물질의 도전성 금속에 대한 접착 특성을 향상시킬 뿐만 아니라 상기 세라믹 물질의 수축에 의한 크랙 형성 부분의 전기적 단선을 방지시킬 수 있는 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적은 구동 기판상에 소정 형상으로 패터닝된 희생층을 형성시키는 단계와, 상기 희생층상에 멤브레인을 형성시키는 단계와, 상기 멤브레인상에 콘택홀을 형성시키고 하부 전극을 형성시키는 단계와, 상기 하부 전극상에 변형부를 형성시키는 단계와, 상기 변형부상에 상부 전극을 형성시키는 단계와, 상기 희생층을 제거하는 단계로 이루어지고, 상기 변형부는 스퍼터링 증착 공정 및 졸-겔 공정에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 변형부는 스프터링 증착 공정에 의한 제1변형부와, 졸-겔 공정에 의한 제2변혀부와, 스퍼터링 증착 공정에 의한 제3변형부로 이루어진다.

제1도는 일반적인 광로 조절 장치를 도시한 단면도.

제2도는 종래 광로 조절 장치의 크랙 발생을 도시한 단면도.

제3도(a) 내지 (e)는 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 제조 방법을 순차적으로 도시한 공정.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

310 : 구동 기판 320 : 패드

330 : 희생층 342 : 멤브레인

343 : 하부 전극 344 : 변형부

345 : 상부 전극 350 : 콘택홀

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도 (a) 내지 (e)는 본 발명의 일실시예에 따라서 광로 조절 장치를 제조하기 위한 방법을 순차적으로 도시한 공정도이고 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 형성시키는 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)상에 상부 전극(345)을 형성시키는 단계와, 식각 공정에 의하여 노출된 상기 희생층(330)을 제거하는 단계로 이루어진다.

먼저, 제3도(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(PVD:phisical vapour deposition) 또는 화학 기상 증착 공정(CVD:chemical vapour deposition)에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 형성된 희생층(sacrificial 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 현상시킴으로써 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, 제3도(b)를 참조하면, 상기된 바와 같이 소정 형상으로 패터닝된 상기 희생층(330)상에 질화실리콘(SiN) 또는 탄화 실리콘(SiC)과 같은 규화물을 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, 제3도(c)에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 패드(320)상의 멤브레인(342) 부분은 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 진공(evaporation) 증착 공정 또는 스퍼터링 증착 공정(sputtering)에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로써 하부 전극(343)을 형성시킨다.

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

한편, 제3도(d)에 도시되어 있는 바와 같이, 압전 특성을 나타내는 세라믹 조성물을 스퍼터링 증착 공정 및 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)O₃, (Pb,La)(Zr,Ti)O₃조성의 압전 세라믹 또는 Pb(Mg,Nb)O₃조성의 전왜 세라믹으로 구성된다.

이때, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 하부 전극(343)상에 스퍼터링 증착 공정(sputtering)에 의하여 상기 압전 세라믹 또는 전왜 세라믹의 세라믹 물질을 소정 두께로 적층시켜서 제1변형부(344a)를 형성시킨다.

또한, 상기 세라믹 물질을 졸-겔 공정(sol-gel)에 의하여 상기 제1변형부(344a)상에 소정 두께로 적층시켜서 제2변형부(344b)를 형성시킨 후 상기 제2변형부(344b)상에 상기 스퍼터링 증착 공정에 의하여 상기 세라믹 물질을 소정 두께로 적층시켜서 제3변형부(344c)를 형성시킨다.

여기에서, 상기된 바와 같이 2개의 변형부(344a,344c)를 형성시키기 위한 스퍼터링 증착 공정은 상기 세라믹 조성물을 소정 두께로 증착시키기 위하여 많은 시간을 필요로 하고 또한 상기 변형부(344a,344c)의 화학적 균질성(chemical homogenei ty)을 저하시킨다는 단점을 구비하고 있다.

한편, 이와는 반대로 상기 스퍼터링 증착 공정은 상기 하부 전극(343)을 구성하는 도전성 금속에 대한 접촉 특성을 향상시킬 수 있고 또한 상기 변형부(344a,344c)의 결정 구조가 치밀하다는 장점을 구비하고 있으며 이에 의해서 이 후의 공정 수행시 상기 변형부(344)가 박리되는 것을 방지시킨다.

또한, 상기된 바와 같이 제2변형부(344b)를 형성시키기 위한 졸-겔 공정은 상기 세라믹 조성물을 소정 두께로 증착시키기 위하여 많은 시간을 필요로 하지 않고 또한 화학적 균질성(chemical homogeneity)을 향상시킬 수 있다는 장점을 구비하고 있다.

여기에서, 상기된 바와 같이 3개의 층(344a,344b,344c)으로 구성된 상기 변형부(344)는 별도의 분극을 가하지 않아도 도시되어 있지 않은 제어 시스템으로부터 상기 콘택홀(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 조성물을 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 이에 부가하여 상기 변형부(344)상에 상기된 바와 같은 물리 기상 증착 공정(PVD)에 의하여 전기 전도도 및 반사 특성이 양호한 알루미늄 또는 백금 및 티타늄과 같은 금속을 소정 두께로 증착시킴으로써 상부 전극(345)을 형성시키며 이러한 상부 전극(345)은 공통 전극으로 작용한다.

이상, 상기된 바와 같이 상기 희생층(330)상에 상기 멤브레인(342), 하부 전극(343), 변형부(344) 및 상부 전극(345)을 순차적으로 적층시킴으로써 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, 제3도(e)에 도시되어 있는 바와 같이, 불산(HF)을 함율하는 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 캔틸레버 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 화학반응에 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 과잉 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 6:1의 값을 갖고 이에 의해서 상기 불소 이온(F^-)의 식각 작용에 의한 식각율은 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 하게됨으로써 빛의 광로를 조절하게 된다.

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 가할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 스퍼터링 증착 공정에 의하여 변형부의 도전성 금속에 대한 접촉 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 치밀한 결정 구조를 형성시킬 수 있으며 이에 부가하여 화학적 균일성을 유지하고 있으므로 상기 변형부의 박리 현상을 방지시킬 수 있고 또한 열처리에 의한 크랙 발생으로 인한 상부 전극과 하부 전극간의 전기적 단선을 방지시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 구동 기판(310)상에 소정 형상으로 패터닝된 희생층(330)을 형성하는 단계와, 상기 희생층(330)상에 멤브레인(342)을 형성시키는 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)상에 상부 전극(345)을 형성시키는 단계와, 식각 공정에 의하여 노출된 상기 희생층(330)을 제거하는 단계를 포함하며, 상기 변형부(344)를 형성하는 단계는 스퍼터링 증착 공정에 의하여 제1변형부(344a)를 상기 하부 전극(343)상에 형성하는 단계와, 상기 제1변형부(344a)상에 졸-겔 공정에 의하여 제2변형부(344b)를 형성하는 단계와, 상기 제2변형부(344b)상에 상기 스퍼터링 증착 공정에 의하여 제3변형부를 형성시키는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 변형부(344a),(344b),(344c)는 압전 세라믹 조성물 또는 전왜 세라믹 조성물로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 각각의 변형부(344a),(344b),(344c)는 BaTiO₃, Pb(Zr,Ti)O₃, (Pb,La)(Zr,Ti)O₃중 어느 하나의 압전 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 각각의 변형부(344a),(344b),(344c)는 Pb(Mg,Nb)O₃조성의 전왜 세라믹으로 구성된 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 식각공정에 의하여 상기 멤브레인(342), 하부 전극(343), 변형부(344) 및 상부 전극(345)으로 이루어진 액츄에이터(340)의 일단부가 식각되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.