KR100207398B1 - 광로 조절 장치의 제조 방법 - Google Patents

광로 조절 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 전기 접점 단자로 작용하는 패드가 복수개 형성된 구동 기판상에 보호층 및 스톱층을 순차적으로 형성시키는 단계와, 상기 스톱층상에 소정 형상의 희생층을 형성시키는 단계와, 상기 희생층상에 멤브레인 및 하부 전극을 형성시키는 단계와, 상기 하부 전극만을 패터닝하여 이소 컷팅부를 형성시키는 단계와, 상기 이소 컷팅부가 형성된 하부 전극상에 변형부 및 상부 전극을 형성시키고 패터닝시키는 단계와, 상기 하부 전극상에 변형부 및 상부 전극을 형성시키고 패터닝시키는 단계와, 상기 하부 전극 및 멤브레인을 패터닝시키는 단계와, 그리고 상기 희생층을 제거하는 단계로 이루어지며, 상기 멤브레인의 패턴은 상기 하부 전극의 패턴과 상이한 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하므로써, 상기 희생층의 습식 식각 제거시 상기 보호층이 화학적 손상을 받는 것을 방지시켜서 패드를 양호하게 절연시킨다.

Description

광로 조절 장치의 제조 방법
제1도는 일반적인 광로 조절 장치를 도시한 개략적으로 도시한 단면도.
제2도는 종래 실시예에 따라서 형성된 하부 전극의 이소 컷(iso-cut) 패턴을 확대 도시한 사시도.
제3도(a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 제조 방법을 순차적으로 도시한 공정도.
제4도는 본 발명에 따른 광로 조절 장치를 확대 도시한 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
310 : 구동 기판 320 : 패드
331 : 보호층 332 : 스톱층
342 : 멤브레인 343 : 하부 전극
344 : 변형부 345 : 상부 전극
본 발명은 투사형 화상 표시 장치로 사용되는 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 액츄에이터를 소정 형상으로 패터닝시킬 때 구동 기판상에 형성된 패드가 노출되는 것을 방지시킬 수 있는 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광로 조절 장치는 제어 시스템으로부터 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 교번되어 순차적으로 적층된 다수의 절연층 및 도전층을 구비한 액츄에이터(140)를 구비하고 있다.
이때, 상기 액츄에이터(140)는 그의 일단부가 상기 구동 기판(110)으로부터 소정 간격으로 이격된 캔틸레버 구조(cantilever)로 형성되어 있으며 여기에서 상기된 바와 같은 다수의 절연층 및 도전층은 멤브레인(142), 하부 전극(143), 변형부(144), 상부 전극(145)으로 구성된다.
한편, 광로 조절 장치는 제1도에 확대 도시되나 상기 패드(120)를 보호할 수 있는 인이 도핑된 실리콘 산화물(PSG:phosphosilicate glass)의 보호층(131) 및 상기 보호층(131)이 패턴 형성 공정시 손상되는 것을 방지할 수 있는 실리콘 질화물(Si3N4) 조성의 스톱층(stop layer)을 구비하고 있다.
여기에서, 제2도를 참조하면, 상호 이웃하는 화소(pixel) 즉 액츄에이터(140)사이의 전기적 도통을 방지시킬 수 있도록 상기 변형부(144)를 형성시키기 전에 상기 하부 전극(143)을 반응성 이온 식각 공정(RIE)에 의하여 화소 단위로 단선시킨다.
이때, 상기된 바와 같은 식각 공정의 수행시 과다 에칭에 의하여 상기 하부 전극(143)의 이소 컷팅부(iso cut) 하단에 잔존하는 상기 스톱층(132)의 일부가 손상되고 그 결과 상기 보호층(131)의 일부가 노출된다.
한편, 상기 노출된 보호층(131)의 일부는 불산 용액을 사용하는 습식 식각 공정 수행시 식각되어서 상기 패드(120)의 일부를 노출시키고 이에 의해서 상기 패드(120)간의 누설 전류에 의하여 광로 조절 장치의 성능을 저하시킨다는 문제점이 야기된다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 광로 조절 장치의 액츄에이터를 소정 형상으로 패터닝시키기 위한 식각 공정의 수행에 의하여 보호층이 손상되는 것을 방지시켜서 패드간에 누설 전류가 발생되는 것을 방지시킬 수 있는 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 상기의 목적은 전기 접점 단자로 작용하는 패드가 복수개 형성된 구동 기판상에 보호층 및 스톱층을 순차적으로 형성시키는 단계와, 상기 스톱층상에 소정 형상의 희생층을 형성시키는 단계와, 상기 희생층상에 멤브레인 및 하부 전극을 형성시키는 단계와, 상기 하부 전극만을 패터닝하여 이소 컷팅부를 형성시키는 단계와, 상기 이소 컷팅부가 형성된 하부 전극상에 변형부 및 상부 전극을 형성시키고 패터닝시키는 단계와, 상기 하부 전극상에 변형부 및 상부 전극을 형성시키고 패터닝시키는 단계와, 상기 하부 전극 및 멤브레인을 패터닝시키는 단계와, 그리고 상기 희생층을 제거하는 단계로 이루어지며, 상기 멤브레인의 패턴은 상기 하부 전극의 패턴과 상이한 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법에 의해 달성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
제3도(a) 내지 (c)는 본 발명에 따른 광로 조절 장치 제조 방법을 순차적으로 도시한 공정도이고 제4도는 본 발명에 따른 하부 전극의 패턴을 도시한 사시도이다.
즉, 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 제조 방법은 전기 접점 단자로 작용하는 패드(320)가 복수개 형성된 구동 기판(310)상에 보호층(331) 및 스톱층(332)을 순차적으로 형성시키는 단계와, 상기 스톱층(332)상에 소정 형상의 희생층(341)을 형성시키는 단계와, 상기 희생층(341)상에 멤브레인(342) 및 하부 전극(343)을 형성시키고 상기 하부 전극(343)을 이소 컷 형상으로 패터닝시키는 단계와, 상기 하부 전극(343)상에 변형부(344) 및 상부 전극(345)을 형성시키고 패터닝시키는 단계와, 상기 하부 전극(343) 및 멤브레인(342)을 순차적으로 패터닝시키는 단계와, 그리고 상기 희생층(341)을 제거하는 단계로 이루어진다.
먼저, 제3도(a)를 참조하면, 전기적 접점 단자로 작용하는 패드(320)는 도시되어 있지 않은 제어 시스템과 전기적으로 연결되어 있는 복수개의 트랜지스터를 내장하고 있는 상기 구동 기판(310)의 표면상에 매트릭스 구조로 형성되어 있다.
이때, 상기 구동 기판(310)상에 화학 기상 증착 공정(CVD) 또는 급가열 공정(rapid thermal process)에 의하여 절연 물질을 소정 두께로 적층시킴으로서 상기 패드(310)를 위한 보호층(331)을 형성시킨다.
여기에서, 상기 절연 물질은 상기 구동 기판(310)상에 형성된 패드(330)가 상호간에 전기적으로 도통되는 것을 방지시키기 위한 절연 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 상기 패드(330)의 표면 보호 특성을 나타내는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 절연 물질은 광로 조절 장치의 액츄에이터(340)의 스텝 커버리지(step coverage)를 양호하게 유지시킬 수 있도록 약 1000℃ 내지 1100℃의 고온에서 양호한 유동 특성을 나타내는 인이 함유된 산화 실리콘(PSG; phosphosilicate glass)으로 구성된다.
이때, 상기 인이 함유된 산화 실리콘(PSG)은 화학 기상 증착 공정(CVD)시 H2O, N2및 O2분위기하에서 약 1 ~ 25기압의 압력과 약 1000 내지 1100℃ 정도의 온도 조건하에 SiO2를 상기 구동 기판(310)상에 증착시키는 동안 PH3형태로 인을 첨가시킴으로서 P2O5·SiO2와 같은 2원계 산화물로 구성된다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 절연 물질은 상기 인이 함유된 실리콘 산화물(PSG)의 유동 특성 온도보다 낮은 온도 예를 들면 약 700℃ 정도의 온도에서 양호한 유동 특성을 나타낼 수 있도록 상기 인이 함유된 실리콘 산화물 조성에 B2H6성분을 첨가시킴으로서 형성된 B2O3·P2O5·SiO2조성의 3원계 산화물 즉 BPSG(borophosphosilicate glass)로 구성된다.
한편, 상기 보호층(331)상에 불산 용액에 대한 내식성이 양호한 절연 물질을 저압 화학 기상 증착 공정(LPCVD) 또는 플라즈마 화학 기상 증착 공정(PECVD)에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 스톱층(332)을 형성시킨다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 스톱층(332)을 구성하는 절연 물질은 양호한 절연 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 상기된 바와 같이 불산(HF) 용액에 대한 내식성이 양호한 실리콘 질화물(Si3N4) 조성으로 이루어진다.
한편, 상기 스톱층(332)상에 상기된 바와 같이 인이 함유된 실리콘 산화물 즉 포스포 실리게이트 글라스(PSG) 또는 다결정 실리콘을 스핀 온 코팅 공정(spin-on coating)과 같은 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)(341)을 소정 형상으로 패터닝시킨다.
한편, 상기 희생층(341)을 패터닝시키기 위한 본 발명의 일실시예에 따르면 소정 두께로 형성된 상기 희생층(341)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 의해서, 포토 마스크를 사용하여 상기 감광층의 일부를 노광시키고, 그 감광층의 노광된 부분을 현상액으로 제거한 후, 감광층의 제거된 부분을 통해서 노출된 희생층(341)의 일부를 제거하므로써, 희생층(341)을 소정 형상으로 패터닝한다.
한편, 제3도(b)를 참조하면, 상기돤 바와 같이 소정 형상의 희생층(341)이 형성된 상기 스톱층(332)상에 양호한 절연 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 불산(HF) 용액에 대한 내성이 양호한 실리콘 질화물(SiNx)을 상기된 바와 같은 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 멤브레인(342)을 형성시킨다.
또한, 상기 멤브레인(342)상에 백금 또는 알루미늄과 같은 도전성 금속을 스퍼터링 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시켜서 하부 전극(343)을 형성시킨다.
이때, 광로 조절 장치의 액츄에이터(340)가 제어 시스템으로부터 인가되는 전기적 신호에 의하여 개별적으로 작동가능하도록 이방성 에칭 특성이 양호한 건식 식각 공정에 의하여 상기 하부 전극(343)을 패터닝시킨다.
여기에서, 상기 건식 식각 공정은 염소 플라즈마를 사용하는 이방성 식각 공정에 의하여 수행되며 또한 상기 하부 전극(343)은 상기 식각 공정에 의하여 소정 크기의 이소 커팅부를 형성시킬 수 있는 제1포토 마스크와 동일한 구조로 형성된다.
또한, 제4도에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 멤브레인(342)에 형성되는 패턴의 크기는 상기 하부 전극(343)에 형성되는 이소 컷 패턴의 크기보다 크게 유지되며 그 결과 상기 멤브레인(342)은 그의 하단에 순차적으로 형성된 상기 스톱층(332) 및 상기 보호층(331)의 보호막으로 작용하게 된다.
한편, 제3도(c)를 참조하면, 상기된 바와 같이 소정 형상으로 패터닝된 상기 하부 전극(343)상에 압전 특성을 나타내는 세라믹 조성물로 스퍼터링 증착 공정 및 졸-겔 공정에 의하여 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.
여기에서, 상기 변형부(344)의 적층 두께는 양호한 분극 특성을 나타낼 수 있도록 약 2000Å 내지 10000Å 정도로 유지시키고 특히 약 3000Å 내지 8000Å 정도로 유지시키는 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 증착시킴으로서 상부 전극(345)을 형성시키며 이러한 상부 전극(345)은 공통 전극으로 작용한다.
이때, 상기 상부 전극(345) 및 변형부(344)의 일단부를 이방성 에칭 특성이 양호한 반응성 이온 식각 공정(RIE) 또는 이온 밀링 공정(ion milling)과 같은 건식 식각 공정에 의하여 식각시키고 상기 하부 전극(343)을 식각한다.
이 후에 상기 하부 전극(343)의 패턴을 통하여 노출된 상기 멤브레인(342)의 일부는 상기된 바와 같은 건식 식각 공정에 의하여 소정 형상으로 패터닝되며 이러한 건식 식각 공정은 산소 플라즈마하에서 CF4또는 CHF3등으로 구성된 에천트(etchant)의 에칭 작용에 의하여 수행된다.
이때, 상기 멤브레인(342)은 상기 제1포토 마스크와 상이한 패턴의 제2포토 마스크에 의해서 소정 형상으로 패터닝되며 이러한 멤브레인(342)의 패턴 형상은 상기 하부 전극(343)에 형성된 이소 컷팅부를 구비하지 않는 형상으로 형성된다.
이상, 상기된 바와 같이 소정 형상의 희생층(341)이 형성된 상기 스톱층(331)상에 멤브레인(342), 하부 전극(343), 변형부(344) 및 상부 전극(345)을 순차적으로 적층시킨 후 소정 형상으로 패터닝시킴으로서 액츄에이터(340)를 형성시킨다.
한편, 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 캔틸레버 형상으로 형성된다.
한편, 상기 습식 식각 공정에 따르면, 상기 에칭 용액의 식각 작용에 의한 식각율은 상기 에칭 용액의 pH값에 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 삭기 식각 작용시 발생되는 수소 이온(H+)에 의해서 상기 에칭 용액의 pH값이 변하게 되고 그 결과 상기 희생층(330)의 식각율이 변하게 된다.
따라서, 상기 희생층(330)의 식각율을 일정하게 유지시킬 수 있도록 상기 에칭 용액의 pH값을 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 pH값은 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.
이때, 상기 스톱층(332)을 구성하는 실리콘 질화물은 상기된 바와 같은 습식 식각 공정의 수행시 불산 용액에 대한 내성을 구비하고 있으므로 상기 보호층(331)을 구성하는 인이 함유된 실리콘 산화물(PSG)은 상기 불산 용액에 의해서 화학적 손상을 받지 않게 되며 그 결과 상기 보호층(331)은 상기 패드(320)에 대하여 양호한 절연 특성을 나타낸다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따라서 제작된 광로 조절 장치의 액츄에이터(340)는 제어 시스템으로부터 상기 하부 전극(343)에 전기적 신호가 인가됨과 동시에 상기 변형부(344)가 압전 특성에 의한 변형을 하게 됨으로서 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, 인이 함유된 실리콘 산화물로 이루어진 보호층은 희생층의 습식 식각 공정시 불산 용액에 대한 내성이 양호한 스톱층에 의하여 화학적 손상을 받지 않으며 그 결과 상기 보호층은 상호 인접한 패드에 대한 양호한 절연 특성을 나타낸다.

Claims (1)

  1. 전기 접점 단자로 작용하는 패드(320)가 복수개 형성된 구동 기판(310)상에 보호층(331) 및 스톱층(332)을 순차적으로 형성시키는 단계와, 상기 스톱층(332)상에 소정 형상의 희생층(341)을 형성시키는 단계와, 상기 희생층(341)상에 멤브레인(342) 및 하부 전극(343)을 형성시키는 단계와, 상기 하부 전극(342)만을 패터닝하여 이소 컷팅부를 형성시키는 단계와, 상기 이소 컷팅부가 형성된 하부 전극(343)상에 변형부(344) 및 상부 전극(345)을 형성시키고 패터닝시키는 단계와, 상기 하부 전극(343)상에 변형부(344) 및 상부 전극(345)을 형성시키고 패터닝시키는 단계와, 상기 하부 전극(343) 및 멤브레인(342)을 패터닝시키는 단계와, 그리고 상기 희생층(341)을 제거하는 단계로 이루어지며, 상기 멤브레인(342)의 패턴은 상기 하부 전극(343)의 패턴과 상이한 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
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