KR100200233B1 - 광로 조절 장치의 평탄화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투사형 화상 표시 장치로 사용되는 광로 조절 장치의 평탄화 방법에 관한 것으로서, 매트릭스 형태로 형성된 복수개의 능동 소자를 구비하고 있는 구동 기판내의 능동 소자가 형성되지 않은 에지 부분에 더미 패턴을 형성하는 단계와, 상기 능동 소자 및 더미 패턴이 형성된 구동 기판의 상부에 패시베이션층, 식각 스톱층, 희생층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 희생층을 평탄화 하는 단계로 광로 조절 장치를 평탄화 함으로써, 액츄에이터의 미러로 이용되는 상부 전극의 표면을 평탄한 상태로 제공하여 미러 어레이의 광효율을 높여서 광로 조절 장치의 성능 및 신뢰성을 향상시킨다.

Description

광로 조절 장치의 평탄화 방법

도면 1은 일반적인 광로 조절 장치를 개략적으로 도시한 단면도.

도면 2의 (a) 및 (b)는 종래의 일실시예에 따른 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 나타낸 단면도.

도면 3의 (a)는 종래의 일실시예의 웨이퍼 센터에 능동 소자가 매트릭스 형태로 형성된 웨이퍼의 평면도

도면 3의 (b)는 본 발명에 따라 능동 소자가 형성되지 않은 웨이퍼의 에지 부분에 더미 패턴을 형성한 웨이퍼의 평면도

도면 4의 (a)내지 (d)는 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 순차적으로 도시한 단면도

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 *

100 : 구동 기판 102 : 웨이퍼 센터

104 : 웨이퍼 에지 106 : 능동 소자의 패턴

110 : 패시베이션층 120 : 식각 스톱층

130 : 희생층 140 : 멤브레인

150 : 하부 전극 160 : 변형부

170 : 상부 전극 200 : 더미 패턴

본 발명은 투사형 화상 표시 장치로 사용되는 광로 조절 장치(TFAMA:An Array of Thin film Actuated Mirrors)의 평탄화 방법에 관한 것으로, 특히 매트릭스 형태로 형성된 능동 소자의 패턴이 존재하지 않는 웨이퍼 내의 에지(EDGE) 부분에 더미 패턴(DUMMY PATTERN)을 형성함으로써 미러 어레이의 토폴러지를 향상시킬 수 있는 광로 조절 장치의 평탄화 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 화상 표시 장치로 사용되는 평탄 디스플레이 장치(FPD:FLAT PANEL DISPLAY)는 무게, 부피, 및 전력 소모가 큰 진공관(CRT:CATHODE RAY TUBE)을 대체하기 위한 평판 표시 장치로서, 투사형 디스플레이와 직시형 디스플레이로 구분되며 또한 이러한 디스플레이 장치에 사용되는 소자는 PDP(PLASMA DISPLAY PANEL), EL(ELECTROLUMINESCENT), LED(LIGHT EMISSION DIODE), FED(FIELD EMISSION DISPLAY) 등과 같이 전계 작용에 의하여 방출되는 전자의 직접 또는 간접적인 가시광으로 화상을 나타내는 방출형 디스플레이 장치와 LCD(LIQUID CRYSTAL DISPLAY), ECD(ELECTROCHROMIC DISPLAY), DMD(DIGITAL MICROMIRROR DISPLAY), AMA(ACTUATED MIRROR ARRAY), GLV(GRATING LIGHT VALUE) 등과 같이 광밸브(LIGHT VALVE)로 작용하여 전자의 방출없이 반사광에 의하여 화상을 나타내는 비방출형 디스플레이 장치로 구분된다.

이때, 상기 AMA(ACTUATED MIRROR ARRAY)는 전자-광학적 비선형 특성을 향상시키기 위하여 능동 소자가 능동 행렬 구동방식(ACTIVE MATRIX ADDRESSING)으로 구성된 구동 기판 상에 복수개의 층이 순차적으로 적층된 미러 어레이를 소정 형상으로 패터닝 시키므로써 형성되며, 상기 액츄에이터는 상기 복수개의 층들중 신호 전극 및 공통 전극으로 각각 작용하는 2개의 도전층사이에 압전 세라믹 조성물로 이루어진 절연층이 개재되어 있는 캔틸레버(CANTILEVER) 구조로 형성되어 있고 상기 2개의 도전층에 인가되는 전기적 신호에 의한 상기 압전 재료의 압전 변형에 의하여 광원으로부터 방사되는 백색광을 스크린상에 제어된 광로를 따라서 반사시켜서 화상을 나타낸다.

즉, 도면 1을 참조하면, 소정 형상으로 형성된 액츄에이터는 복수개의 능동 소자(도시되어 있지 않음)가 매트릭스 구조로 내장된 구동 기판(100)상에 능동 소자를 식각액으로부터 보호하기 위한 패시베이션층(100)상에 능동 소자를 식각액으로부터 보호하기 위한 패시베이션층(110)과 이 후 희생층이 제거될 때 불산용액(HF)으로부터 패시베이션층(110)을 보호하기 위한 식각 스톱층(120) 및 식각 스톱층의 상부에 순차적으로 적층되어 있는 멤브레인(140), 하부 전극(150)과, 변형부(160), 상부 전극(170)의 복수개의 층들을 포함하고, 일단부가 상기 구동기판(100)의 표면상에 부착된 지지부와 타단부가 상기 구동 기판(100)의 표면으로부터 소정 간격으로 이격되어 있는 캔틸레버(CANTILEVER)구조로 형성되어 있다.

이때, 상기 하부 전극(150)은 상기 구동 기판(100)에 내장되어 있는 복수개의 능동 소자와 전기적으로 연결되어서 신호 전극으로 작용하는 반면에 상기 상부 전극(170)은 반사 특성이 양호한 공통 전극으로 작용한다.

따라서, 상기 능동 소자를 통하여 상기 하부 전극(150)에 전기적 신호가 인가되는 경우에 상기 하부 전극(150)과 상부 전극(170) 사이의 전위차 발생에 의하여 상기 변형부(160)가 압전 변형을 나타냄과 동시에 상기 액츄에이터의 구동부가 소정의 각도로 틸팅되며, 그 결과 반사면으로 작용하는 상기 상부 전극(170)의 표면으로 입사된 광원의 백색광이 반사되어서 도시되어 있지 않음 스크린상에 화상을 표시하게 된다.

한편, 상기 구동 기판(100)은 반도체 집적 회로 제조 공정에 의하여 실리콘 기판 상에 형성되는 MOS와 같은 트랜지스터로 이루어진 복수개의 능동 소자를 내장하고 있으므로 소정의 단차를 갖는 토폴러지를 구비하게 되고 이러한 불량한 토폴러지의 영향에 의하여 상기 구동기판(100)상에 소정 형상으로 형성되는 액츄에이터의 토폴러지 특히 반사면으로 작용하는 상부 전극(170)의 토폴러지가 불량한 상태로 유지되므로 상기 상부 전극(170)의 표면으로부터 빛의 반사를 제어하는 것이 어렵게 된다.

따라서, 상부 전극(170)의 표면을 평탄한 상태로 제공하기 위한 종래의 일실시예에 따르면 상기 광로 조절 장치를 구성하는 희생층(130)을 화학적 기계 연마(CMP) 공정으로 평탄화시켰다.

즉, 도면 2의 (a) 및 (b)에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 화학적 기계 연마(CMP) 공정을 이용한 광로 조절 장치의 평탄화 방법은, 매트릭스 구조로 형성된 복수개의 능동 소자를 구비한 구동 기판(100)의 상부에 능동 소자를 보호하기 위한 패시베이션층(110), 상기 패시베이션층(110)을 이 후 공정의 희생층(130)을 제거하기 위한 불산용액(HF)으로부터 보호하기 위한 식각 스톱층(120) 및 이 후 공정에 의해 불산 용액으로 제거되어 에어 갭을 형성할 희생층(130)을 소정 두께로 순차적으로 적층시킨 후, 상기 희생층(130)을 화학적 기계 연마 공정(CMP)으로 평탄화시켰다.

한편, 상기와 같은 종래의 화학적 기계 연마(CMP) 공정을 이용한 광로 조절 장치의 평탄화 방법은, 도면 3의 (a)에 도시되어 있는 바와 같이, 웨이퍼의 센터(102)에 매트릭스 구조로 형성되어 있는 능동 소자의 패턴(106)과 능동 소자가 형성되어 있지 않은 부분인 웨이퍼 에지(EDGE)(104) 사이에 능동 소자의 높이 만큼 단차가 있는 상태에서 평탄화가 수행되어 졌다.

그러나, 상기와 같은 광로 조절 장치의 평탄화 방법에서는 능동 소자의 패턴(200)과 능동 소자가 형성되어 있지 않은 웨이퍼 에지(EDGS) 사이에 단차가 있는 상태에서 패시베이션층(110). 식각 스톱층(120), 희생층(130)을 순차적으로 적층하기 때문에 여전히 희생층(130)에도 단차가 남아있고, 그에 따른 연마비(POLISHING RATE) 차이에 의해 에지(104) 부분에 형성된 희생층(130)의 연마 정도가 능동 소자의 패턴(106) 부위에 형성된 희생층(130)의 연마 정도 보다 커서 미러 어레이의 복수개의 층이 적층될 표면의 평탄도가 저하 되는 문제점이 야기 되었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 능동 소자의 패턴(200)과 에지(104) 사이의 단차를 줄임으로써, 이 후 진행될 화학적 기계 연마(CMP) 공정에 의하여 미러 어레이의 복수개의 층이 적층될 평탄한 표면을 얻을 수 있고, 궁극적으로는 미러의 평탄도 향상에 의한 광효율을 증가시킬 수 있는 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 투사형 화상 표시 장치로 사용되는 광로 조절 장치의 평탄화 방법에 있어서, 매트릭스 형태로 형성된 복수개의 능동 소자를 구비하고 있는 구동기판내의 능동 소자가 형성되지 않은 에지 부분에 더미 패턴을 형성하는 단계와, 상기 능동 소자 및 더미 패턴이 형성된 구동 기판의 상부에 패시베이션층, 식각 스톱층, 희생층을 순차적으로 형성하는 단계와, 상기 희생층을 평탄화 하는 단계로 이루어진 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 제공한다.

한편, 본 발명의 일실시예에서는 상기 더미 패턴은 SiO₂로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 일실시예에서는 상기 더미 패턴은 증착으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 일실시예에서는 상기 더미 패턴은 저온 산화물(Low Temperature Oxide; 이하 LTO라 칭함)로 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 일실시예에서는 상기 더미 패턴은 능동 소자와 같은 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 제공한다.

또한, 본 발명의 일실시예에서는 상기 평탄화는 화학적 기계 연마(CMP) 공정을 통하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 제공한다.

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

먼저, 도면 3의 (a)는 웨이퍼 센터(102)에 능동 소자가 매트릭스 형태로 형성된 웨이퍼의 평면도이고, 도면 3의 (b)는 본 발명에 따라 능동 소자가 형성되지 않은 웨이퍼의 에지(104) 부분에 더미 패턴(200)을 형성한 웨이퍼의 평면도이며, 도면 4의 (a) 내지 (d)는 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 순차적으로 도시한 단면도이다.

먼저, 도면 4의 (a)는 도면 3 (a)의 Ⅰ-Ⅰ로 표시된 선을 따라 자른 단면도로서, 본 도면에 도시된 바와 같이 반도체 집적 회로 제조 공정에 의하여 실리콘 기판의 센터(102)에 PMOS와 같은 능동 소자를 매트릭스 구조로 형성한다. 이때, 상기 매트릭스 구조로 이루어진 복수개의 능동 소자를 구비한 실리콘 기판은 이후 공정에 의해 형성될 광로 조절 장치의 구동 기판(100)으로서 사용된다.

한편, 상기 도면 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판의 센터(102) 부분에 형성된 능동 소자의 패턴(106) 부위와 능동 소자가 형성되어 있지 않은 기판의 에지(104) 부위는 도면에서 T로 표시된 능동 소자의 두께 만큼 단차가 나타난다.

따라서, 상기 능동 소자의 패턴(106)과 기판의 에지(104) 사이에 나타나는 단차를 줄이기 위해, 도면 4의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 실리콘 기판의 에지(102) 부분에 SiO₂를 저온의 분위기하에서 화학기상 증착(CHEMICAL VAPOR DEPOSITION)으로 증착하여 더미 패턴(200)을 형성한다.

한편, 도면 4의 (b)는 상기 도면 3(b)의 Ⅱ-Ⅱ로 표시된 선을 따라 자른 단면도로서, 본 도면을 참조하면, 상기와 같은 더미 패턴(200)의 형성으로 인해 상기 구동 기판(100)은 능동 소자의 패턴(106)이 있는 부분과 에지(104) 부분의 높이가 단차없이 일정하게 됨을 알 수 있다.

이후, 후공정으로 수행되는 증착 공정에 의해서 복수개의 층으로 구성된 미러 어레이를 형성시킬 때 상기 복수개의 능동 소자가 고온의 분위기하에서 외부로부터 화학적 또는 물리적 손상을 받는 것을 방지시키기 위하여, 상기 능동 소자의 패턴(106) 및 더미 패턴(200)이 형성된 구동 기판(100)의 상부에 증착 공정으로 절연 물질을 소정 두께로 도포시킴으로써 상기 복수개의 능동 소자를 보호하기 위한 패시베이션(210)을 형성시킨다.

이때, 상기 절연 물질은 상기 구동 기판(100)상에 형성된 복수개의 능동 소자가 상호간에 전기적으로 도통되는 것을 방지시키기 위한 절연 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라, 상기 능동 소자의 표면 보호(PASSIVATION) 특성을 나타내는 것이 바람직하며, 이러한 특성 요구를 만족시키기 위하여 사용되는 절연 물질은 고온에서 양호한 유동 특성을 나타내는 인이 함유된 실리콘 산화물(PSG; PHOSPHOSILICATE GLASS) 또는 BPSG(BOROPHOSPHOSILICATE GLASS)로 구성되고, 이러한 절연 물질을 증착시키기 위한 증착 공정은 화학 기상 증착(CVD)으로 이루어진다.

한편, 이 후의 희생층(130) 제거를 위한 식각 공정시, 상기 패시베이션층(110)이 불산(HF) 용액에 노출되어서 화학적 손상을 입는 것을 방지시키기 위하여 상기 패시베이션층(110)의 상부에 불산(HF) 용액에 대한 내식성이 양호한 절연 물질을 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시켜서 식각 스톱층(120)을 형성시킨다.

상기에서, 본 발명에 따르면, 상기 식각 스톱층(313)을 구성하는 절연 물질은 절연 특성이 양호할 뿐만 아니라 상기된 바와 같이 불산(HF) 용액에 대한 내식성이 우수한 실리콘 질화물(Si₃N₄) 조성으로 이루어지며 상기 증착 공정은 화학 기상 증착 공정 특히 저압 화학 기상 증착 공정(LPCVD) 또는 플라즈마 화학 기상 증착 공정(PECVD)에 의하여 수행된다.

한편, 도면 4의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 식각 스톱층(120)의 상부에 인이 함유된 실리콘 산화물 즉 포스포 실리게이트 글라스(PSG) 또는 다결정 실리콘을 화학 기상 증착 공정 (CVD)에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로써 희생층(130)을 형성시키며, 이와같이 형성된 희생층(130)은 후 공정에 의해 액츄에이터를 이루는 복수 개의 층을 적층한 후 불산 용액에 의해 식각되어져 에어갭을 형성하게 된다.

따라서, 이 후의 공정에 의하여 소정 형상으로 형성되는 액츄에이터의 상부 전극(170)의 표면을 평탄한 표면 상태로 제공하기 위하여 상기된 바와 같이 토플러지가 불량한 상태로 제공된 상기 희생층(130)의 표면을 화학적 기계 연마(CMP) 공정과 같은 평탄화 공정을 통해 평탄화 시킨다.

즉, 상기 화학적 기계 연마(CMP) 공정은 평탄화시키기 위한 부재를 고정시키는 척과 상기 척에 대향된 회전판으로 구성되어 있는 연마 장치의 구동에 의하여 수행되므로 상기 인이 함유된 실리콘 산화물 즉 포스포 실리게이트 글라스(PSG) 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 희생층(130)이 상기 회전판에 면접촉되도록 상기 구동 기판(100)을 상기 척에 고정시킨 상태에서 상기 연마 장치의 구동에 의하여 상기 희생층(130)은 연마되며, 그 결과 상기 희생층(130)은 도면 4의 (d)에 도시되어 있는 바와 같이 평탄한 표면상태를 제공한다.

한편, 평탄화된 상기 희생층(130)의 상부에 후 공정으로서 다음과 같은 공정을 통해 소정 형상의 액츄에어터가 형성된다.

먼저, 상기 희생층(130) 및 상기 희생층(130)의 패턴을 통하여 노출된 상기 식각 스톱층(120)상에 실리콘 질화물을 물리 기상 증착공정(PVD) 또는 화학 기상 증착 공정(CVD)등에 의하여 소정 두께로 적증시킴으로서 멤브레인(140)을 형성시킨다.

또한, 상기 멤브레인(140)상에 스퍼터링 증착 공정과 같은 진공 증착 공정에 의하여 백금(Pt) 및 티타늄(Ti) 또는 이들중 하나의 원소와 같은 도전성 금속을 소정 두께로 증착시켜서 하부 전극(150)을 형성시키며 상기 하부 전극(150)은 상기 멤브레인(140)에 형성되는 콘택홀등을 통하여 상기 구동 기판(100)상에 형성된 능동 소자와 전기적으로 연결되어서 신호 전극으로 작동한다.

또한, 상기 하부 전극(150)상에 압전 특성을 나타내는 세라믹 조성물을 스퍼터링 증착 공정 및 졸-겔 공정에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 변형부(160)를 형성시키며, 상기 세라믹 조성물은 BaTiO₃, Pb(Zr,Ti)O₃, (Pb,La)(Zr,Ti)O₃조성의 압전 세라믹 또는 Pb(Mg,Nb)O₃조성의 전왜 세라믹으로 구성된다.

이 후에, 상기 변형부(160)상에 백금(Pt) 및 티타늄(Ti) 또는 이들중 하나의 원소와 같은 도전성 금속을 스퍼터링 증착 공정과 같은 진공 증착 공정에 의하여 소정 두께로 증착시켜서 공통 전극으로 작용하는 상부 전극(170)을 형성시키며 그 결과 상기 구동 기판(100)상에 복수개의 층들이 순차적으로 적층되어 있는 미러 어레이를 형성시킨다. 한편, 상기 미러 어레이를 구성하고 있는 복수개의 층들을 이방성 식각 특성이 양호한 건식 식각 공정 예를 들면 반응성 이온 식각(R.I.E.) 공정에 의하여 상부로부터 순차적으로 식각시킴으로써, 소정 형상의 액츄에이터를 형성시키며, 이러한 액츄에이터의 패턴을 통하여 상기 식각 스톱층(120)상에 형성된 상기 희생층(130)의 일부를 노출시킨다.

이때, 소정 형상으로 형성된 상기 액츄에이터를 불산(HF) 용액에 침잠시키면 상기 액츄에이터의 패턴을 통하여 노출된 상기 희생층(130)은 상기 불산(HF) 용액의 식각 작용에 의하여 제거되며, 그 결과 상기 액츄에이터는 그의 일단부가 상기 식각 스톱층(120)상에 지지되고 그의 타단부가 상기 식각 스톱층(120)으로부터 소정 간격으로 이격되어 있는 캔틸레버 구조로 형성된다.

따라서, 외부의 제어 시스템으로부터 상기 구동 기판(100)에 내장되어 있는 능동 소자를 통하여 상기 액츄에이터의 하부 전극(150)에 전기적 신호가 인가되면 상기 하부 전극(150)과 상기 상부 전극(170)사이에 전위차가 발생되고 이러한 전위차 발생에 의한 상기 변형부(160)의 압전 변형에 의하여 상기 액츄에이터의 구동부가 소정의 각도로 틸팅된다.

즉, 본 발명에 따라서 평탄한 표면 상태로 제공된 상기 상부 전극(170)의 표면으로 입사된 광원의 백색광은 상기 액츄에이터의 구동에 의하여 제어된 광도를 따라 반사되어서 도시되어 있지 않은 스크린상에 화상을 표시하게 된다.

따라서, 본 발명에 따르면, 실리콘 기판의 센터(102)에 매트릭스 구조로 형성된 복수개의 능동 소자에 의하여 소정의 단차를 갖는 실리콘 기판의 에지(104) 부분에 능동 소자와 같은 두께를 갖는 더미 패턴(200)을 형성함으로써, 상기 구동 기판(100)의 상부에 소정 형상으로 형성되는 액츄에이터의 미러면, 즉 상부 전극의 표면상태를 평탄한 상태로 제공하여 그 결과 광로 조절 장치의 성능 및 신뢰도를 향상시킨다.

이상, 상기 내용은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 청구 범위에 기재된 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

Claims (6)

1. 투사형 화상 표시 장치로 사용되는 광로 조절 장치의 평탄화 방법에 있어서, 매트릭스 형태로 형성된 복수개의 능동 소자를 구비하고 있는 구동기판내의 능동 소자가 형성되지 않은 에지 부분에 더미 패턴을 형성하는 단계와; 상기 능동 소자 및 더미 패턴이 형성된 구동 기판의 상부에 패시베이션층, 식각 스톱층, 희생층을 순차적으로 형성하는 단계와; 상기 희생층을 평탄화 하는 단계로 이루어진 광로 조절 장치의 평탄화 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 더미 패턴은, 저온 산화물(LOW TEMPERATURE OSIDE)로 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 평탄화 방법.
3. 제 2 항에 있어서, SiO₂로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 평탄화 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 더미 패턴은, 플라즈마 화학 기상 증착(PECVD)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 평탄화 방법.
5. 제2항에 있어서, 상기 더미 패턴은, 능동 소자와 같은 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 평탄화 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 희생층의 평탄화는, 화학적 기계 연마 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 평탄화 방법.