KR100207402B1 - 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, 구동 기판상에 소정 형상으로 패터닝된 희생층, 멤브레인, 및 하부 전극을 순차적으로 형성시키는 제1단계와, 상기 하부 전극상에 감광층을 형성시키고 패터닝시키는 제2단계와, 상기 감광층의 패턴을 통하여 노출된 상기 하부 전극상에 백금을 적층시켜서 도전층을 형성시키는 제3단계와, 상기 감광층을 제거하는 제4단계와, 상기 하부 전극 및 도전층상에 변형부 및 상부 전극을 순차적으로 형성시키는 제5단계와, 그리고 식각 공정에 의하여 상기 희생층을 제거하여 캔틸레버 형상의 액츄에이터를 형성시키는 제6단계로 이루어지며 이에 의해서 열처리에 의한 상기 변형부의 수축율을 저하시켜서 크랙 발생을 방지시킨다.

Description

광로 조절 장치의 제조 방법
제1도는 구동 기판상에 액츄에이터가 형성된 광로 조절 장치를 도시한 단면도.
제2도는 종래 일실시예에 따라서 콘택홀상에 크랙이 발생된 것을 도시한 단면도.
제3도(a) 내지 (d)는 본 발명에 따라서 광로 조절 장치를 제작하는 각 과정을 순차적으로 도시한 공정도.
제4도는 본 발명의 제조 방법에 따라 제조된 광로 조절 장치의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
310 : 구동 기판 320 : 패드
342 : 멤브레인 343 : 하부 전극
344 : 변형부 345 : 상부 전극
350 : 감광층 361 : 도전층
본 발명은 투사형 화상 표지 장치로 사용되는 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 변형부의 열처리시 열 변형에 의하여 발생되는 크랙에 의해서 상부 전극과 하부 전극간에 쇼트 현상이 발생하는 것을 방지하는 데 적합한 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광로 조절 장치는 제어 시스템으로부터 인가되는 전기적 신호에 의하여 집속된 광속의 광로를 조절시키기 위한 장치로서, 제1도에 도시된 바와 같이 전기적 접점 단자로 작용하는 복수개의 트랜지스터 패드(120)가 내장된 구동 기판(110)상에 소정 형상으로 형성된 희생층(130)이 형성되고 희생층(130)상에 순차적으로 적층된 복수개의 층으로 이루어진 액츄에이터(140)를 구비하고 있다.
한편, 액츄에이터(140)를 구성하는 복수개의 층은 멤브레인(142), 하부 전극(143), 변형부(144) 및 상부 전극(145)으로 이루어져 있으며 하부 전극(143)은 콘택홀(150)을 통하여 패드(120)와 전기적으로 연결된다.
이때, 도시 생략된 제어 시스템으로 전기적 신호가 하부 전극(143)에 인가되면 변형부(144)가 압전 특성을 나타내며 이에 의해서 상기 액츄에이터(140)가 구동하여 빛의 광로를 조절하게 된다.
한편, 제2도에 도시된 바와 같이, 콘택홀(150)에 의해서 형성된 단차를 완화시키기 위하여 변형부(144)가 충분한 두께로 적층되어 있으므로, 양호한 압전 특성을 나타내기 위한 열처리 공정시 변형부(144)를 구성하는 압전 상부 전극의 열수축에 의하여 변형부(144)상에 크랙(160)이 발생된다.
따라서, 이 후의 공정에 의하여 변형부(144)상에 형성되는 상부 전극(145)이 크랙(160)을 통하여 하부 전극(143)과 전기적으로 쇼트된다는 문제점을 야기시킨다.
본 발명은 상기와 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 구동 기판상의 패드와 전기적으로 연결된 하부 전극상에 형성된 세라믹 조성의 변형부가 열처리에 의한 열변형에 의하여 크랙을 발생시킴으로서 변형부상에 형성되는 상부 전극이 하부 전극과 전기적으로 쇼트되는 것을 방지할 수 있는 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 전기적 접점 단자로 작용하는 패드가 매트릭스 구조로 복수개 형성된 구동 기판상에 멤브레인, 하부 전극, 변형부 및 상부 전극이 순차 적층되는 구조를 갖는 액츄에이터를 형성하는 광로 조절 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 패드의 상부에 형성된 멤브레인의 일부를 제거하여 상기 패드의 상부를 노출시킴으로써, 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 멤브레인의 상부와 상기 노출된 패드의 상부에 소정 두께의 상기 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 하부 전극의 상부 전면에 걸쳐 감광성 레지스트를 도포하고, 패터닝을 통해 상기 콘택홀내 하부 전극의 상부에 형성된 감광성 레지스트를 제거하여 패터닝된 감광층을 형성하는 단계; 상기 패터닝된 감광층의 상부 및 상기 콘택홀내 하부 전극의 상부에 백금 물질을 도포하여 상기 콘택홀을 매립시키고, 상기 매립된 콘택홀을 제외한 영역의 하부 전극상에 순차 형성된 상기 감광층와 백금 물질을 제거함으로써, 상기 콘택홀에 매립되는 백금층을 형성하는 단계; 및 상기 하부 전극 및 백금층의 상부에 상기 변형부 및 상부 전극을 순차 형성하여 상기 액츄에이터을 형성하는 단계로 이루어진 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 하부 전극은 멤브레인의 일부 식각에 의하여 형성된 콘택홀을 통하여 패드와 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 도전층은 구동 기판상에 형성된 패드와 하부 전극을 전기적으로 연결시키기 위한 콘택홀에 형성된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명한다.
제3도(a) 내지 (d)는 본 발명의 일실시예에 따른 광로 조절 장치의 제조 과정을 순차적으로 도시한 공정도이고 제4도는 본 발명의 제조 방법에 따라 제작된 광로 조절 장치의 단면도이다.
즉, 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 제조 방법은 구동 기판(310)상에 소정 형상으로 패터닝된 희생층(330), 멤브레인(342) 및 하부 전극(343)을 순차적으로 형성시키는 제1단계와, 상기 하부 전극(343)상에 감광층(350)을 형성시키고 패터닝시키는 단계, 감광층(350)의 패턴을 통하여 노출된 하부 전극(343)상에 백금을 적층시켜서 도전층(361)을 형성시키는 단계, 감광층(350)을 제거하는 단계, 하부 전극(343) 및 도전층(361)상에 변형부(344) 및 상부 전극(345)을 순차적으로 형성시키는 단계, 및 식각 공정을 통해 희생층(330)을 제거하여 캔틸레버 형상의 액츄에이터(340)를 형성시키는 단계를 포함한다.
먼저, 제3도(a)를 참조하면, 구동 기판(310)은 도시 생략된 제어 시스템과 연결되어 있는 복수개의 트랜지스터를 내장하고 있으며, 또한 트랜지스터에 전기적으로 연결되어 접점 단자로 작용하는 복수개의 패드(320)가 구동 기판(310)의 표면상에 매트릭스 구조로 복수개 형성된다.
이때, 패드(320)를 보호할 수 있도록 인이 도핑된 실리콘 산화물(PSG)을 화학 기상 증착 공정(CVD)에 의하여 구동 기판(310)상에 소정 두께로 적층시켜서 보호층(311)을 형성시킨 후 보호층(311)상에 화학 기상 증착 공정(CVD)에 의하여 실리콘 산화물(Si3N4)을 소정 두께로 적층시켜서 스톱층(stop layer)(312)을 형성시킴로써, 보호층(311)이 패턴 형성 공정시에 화학적 손상을 받는 것을 방지시킨다.
한편, 스톱층(312)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 적층하여 희생층(sacrificial layer)(330)을 형성시킨 후 희생층(330)을 소정 형상으로 패터닝한다.
여기에서, 상기 희생층(330)을 패터닝시키기 위한 본 발명의 일실시예에 따르면 소정 두께로 형성된 희생층(330)상에 포토 레지스트(PR)를 소정 두께로 도포시켜서 감광층을 형성시킨 후, 포토 리쏘그래피 공정(photo lithography)에 의하여 감광층을 소정 형상으로 패터닝시킨다.
즉, 포토 리쏘그래피 공정에 따르면, 포토 마스크 또는 스텝퍼(stepper)를 사용하여 감광층의 일부를 자외선에 노광시키고 현상액에 현상시킴으로써 감광층을 소정 형상으로 패터닝시키며 이 후에 감광층의 패턴을 통하여 노출된 희생층(330)의 일부를 제거함으로써 소정 형상으로 패터닝된 희생층(330)이 형성된다.
한편, 상기한 바와 같이 소정 형상으로 패터닝된 희생층(330)상에 질화 실리콘(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 적층하여 멤브레인(342)을 형성시키며, 이러한 멤브레인(342)의 패턴 형성은 희생층(330)에 의한 소정 크기의 단차를 갖게 된다.
이때, 이방성 에칭 특성이 양호한 반응성 이온 식각 공정(RIE)과 같은 건식 식각 공정에 의하여 멤브레인(342)의 일부와 스톱층(312)의 일부 및 보호층(311)의 일부를 제거함으로써 멤브레인(342)상에 소정 크기의 단차를 갖는 콘택홀(contact hole)(H)을 형성한다. 따라서, 이와 같이 형성된 콘택홀(H)을 통해 구동 기판(310)에 형성된 패드(320)가 노출된다.
한편, 상기한 바와 같이 콘택홀(H)이 형성된 멤브레인(342)상에 백금(Pt), 구리(Cu) 또는 티타늄(Ti) 등과 같은 도전성 금속을 열 증착 공정(thermal evaporation) 또는 스퍼터링 증착 공정(sputtering)에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 하부 전극(343)을 형성시킨다.
여기에서, 하부 전극(343)은 콘택홀(H)을 통하여 구동 기판(310)상에 노출된 패드(320)와 전기적으로 연결되어서 작동 전극으로 역할한다.
한편, 제3도(b)에 도시된 바와 같이, 하부 전극(343)상에 포토 레지스트(PR)를 스핀 코팅 공정(spin coating)에 의하여 소정 두께로 적층시킨 후 약 100℃ 내지 130℃ 정도의 온도하에서 수행되는 소프트 베이킹(soft baking)의 실시에 의하여 포토 레지스트에 함유된 솔벤트(solvent)를 제거함으로서 감광층(350)을 형성시킨다.
이때, 포토 레지스트는 양호한 점성을 구비하고 있으므로 하부 전극(343)상에 평탄한 표면 상태로 도포되며 이 후에 상기 감광층(350)을 자외선에 노출시키고 현상액에 용해시킴으로서 소정 형상으로 패터닝시킨다. 여기에서, 콘택홀(H)을 통하여 패드(320)상에 형성된 하부 전극(343)의 일부를 노출시킨다.
이 후에, 감광층(350)상에 스퍼터링 증착 공정 또는 열증착 공정에 의하여 백금을 소정 두께로 적층시켜서 백금층(360)을 형성시키며, 이때 백금층(360)은 감광층(350)의 패턴을 통하여 노출된 하부 전극(343)상에 형성된 도전층(361) 및 감광층(350)상에 형성된 도전층(362)으로 이루어진다.
한편, 하부 전극(343)상에 잔존하는 감광층(350)을 아세톤에 용해시키거나 또는 감광층 제거액을 사용하여 감광층(350)을 제거하여 하부 전극(343) 및 패드(320)상에 형성된 도전층(361)을 노출시키는 반면에 감광층(350)상에 잔존하는 도전층(362)은 제거된다.
여기에서, 제3도(c)를 참조하면, 상기한 바와 같이 노출된 하부 전극(343)의 일부는 반응성 이온 식각 공정(RIE)에 의하여 제거되며 이것에 의해서 패드(320)를 통해 인가되는 전기적 신호가 화소 단위로 작용되도록 한다.
한편, 압전 특성을 나타내는 세라믹 조성물을 스퍼터링 증착 공정 및 졸-겔 공정에 의하여 하부 전극(343)상에 소정 두께로 적층시킴으로서 변형부(344)를 형성시킨다.
이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 세라믹 조성물은 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3, (Pb,La)(Zr,Ti)O3조성의 압전 세라믹 또는 Pb(Mg,Nb)O3조성의 전왜 세라믹으로 구성된다.
여기에서, 변형부(344)는 별도의 분극을 가하지 않아도 도시 생략된 제어 시스템으로부터 콘택홀(H)을 통해 하부 전극(343)에 인가되는 전기적 신호에 의하여 분극될 수 있을 정도의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 변형부(344)의 전반적인 적층 두께는 약 2000 내지 10000정도의 두께로 유지된다.
여기에서, 변형부(344)의 적층 두께가 약 2000미만인 경우에 변형부(344)는 적절한 압전 특성을 나타내지 못하고 또한 변형부(344)의 적층 두께가 약 10000이상인 경우에도 변형부(344)는 적절한 압전 특성을 나타내지 못하게 된다.
따라서, 변형부(344)의 적층 두께는 상기한 바와 같이 약 2000내지 10000정도로 유지시키며, 특히 바람직하게는 약 3000내지 8000정도로 유지시킨다.
한편, 변형부(344)를 구성하고 있는 세라믹 조성물을 급가열 공정(rapid thermal annealing system)에 의하여 열처리시킴으로서 변형부(344)의 결정 구조를 페로브스카이트(perovskite) 결정 구조로 형성시키며, 이것에 의해서 변형부(344)는 상기한 바와 같이 제어 시스템으로부터 인가되는 전기장에 의하여 외형이 변하게 되는 압전 특성을 양호하게 나타낸다.
또한, 제3도(d)에 도시된 바와 같이, 변형부(344)상에 상기한 바와 같은 물리 기상 증착 공정에 의하여 전기 전도도 및 반사 특성이 양호한 알루미늄(Al) 또는 백금(Pt) 및 티타늄(Ti)과 같은 금속을 소정 두께로 증착시킴으로서 상부 전극(345)을 형성시킨다.
상기한 바와 같은 증착 공정에 의하여 희생층(330)상에 멤브레인(342), 하부 전극(343), 변형부(344) 및 상부 전극(345)으로 이루어진 액츄에이터(340)가 형성된다.
이때, 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 제거되며 그 결과 액츄에이터(340)는 개별적으로 작동가능하도록 복수개 형성된다.
또한, 제4도에 도시된 바와 같이 액츄에이터(340)의 일단부를 제거시킴으로서, 노출된 희생층(330)이 불산(HF)을 함유하는 에칭 용액을 사용하는 습식 식각 공정에 의하여 식각 제거되며, 이것에 의해서 액츄에이터(340)는 그의 일단부가 구동 기판(310)으로부터 소정 간격으로 이격된 상태의 캔틸레버 형상으로 형성된다.
즉, 습식 식각 공정에 따르면, 에칭 용액의 식각 작용에 의한 식각율은 에칭 용액의 pH 값에 따라서 변하게 되며 여기에서 에칭 용액이 불산으로 이루어져 있는 경우에 희생층(330)은 하기의 식(②)으로 표시된 화학 반응에 의하여 식각되어 제거된다.
이때, 희생층(330)은 불산 이온(F-)의 식각 작용에 의해서 에칭되는 반면에 상기 식각 작용시 발생되는 수소 이온(H+)에 의해서 에칭 용액의 pH 값이 변하게 되고, 그 결과 희생층(330)의 식각율이 변하게 된다.
따라서, 희생층(330)의 식각율을 일정하게 유지시킬 수 있도록 에칭 용액의 pH 값을 일정하게 유지시키기 위하여 불화 수소에 불소화 암모늄(NH4F)과 같은 완충 용액을 첨가시킨다.
즉, 에칭 용액에 첨가되는 불소화 암모늄(NH4F)은 하기의 식(③)과 같은 화학 반응을 하게 되며 그 결과 발생되는 과잉 불소 이온(F-)은 상기한 바와 같이 식각 작용에 의하여 소모된 불소 이온(F-)을 보충시키고 이에 의해서 에칭 용액의 pH 값은 일정하게 유지된다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 불화 수소(HF)에 대한 불소화 암모늄(NH4F)의 완충비는 약 10:1 미만의 값을 가지며 특히 약 6:1의 값을 갖는다.
따라서, 상기한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따라서 제작된 광로 조절 장치의 액츄에이터(340)는 제어 시스템으로부터 구동 기판(310)상에 형성된 패드(320)를 통하여 하부 전극(343)에 전기적 신호가 화소 단위로 인가되며 이에 의해서 변형부(344)가 압전 특성에 의한 변형을 하게 하여 액츄에이터(340)가 작동하므로 빛의 광로를 조절하게 된다.
한편, 상기한 바와 같은 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로, 본 발명이 속하는 분야의 당업자라면 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 알 수 있을 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 패드에 하부 전극을 전기적으로 연결시키기 위하여 형성된 콘택홀에 도전층을 형성시킴으로서 열처리에 의한 변형부의 수축율을 감소시켜 크랙 발생을 억제할 수 있다.

Claims (2)

  1. 전기적 접점 단자로 작용하는 패드(320)가 매트릭스 구조로 복수개 형성된 구동 기판(310)상에 멤브레인(342), 하부 전극(343), 변형부(344) 및 상부 전극(345)이 순차 적층되는 구조를 갖는 액츄에이터(340)를 형성하는 광로 조절 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 패드(320)의 상부에 형성된 멤브레인(342)의 일부를 제거하여 상기 패드(320)의 상부를 노출시킴으로써, 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 멤브레인(342)의 상부와 상기 노출된 패드(320)의 상부에 소정 두께의 상기 하부 전극(343)을 형성하는 단계; 상기 하부 전극(343)의 상부 전면에 걸쳐 감광성 레지스트를 도포하고, 패터닝을 통해 상기 콘택홀내 하부 전극(343)의 상부에 형성된 감광성 레지스트를 제거하여 패터닝된 감광층(350)을 형성하는 단계; 상기 패터닝된 감광층(350)의 상부 및 상기 콘택홀내 하부 전극(343)의 상부에 백금 물질을 도포하여 상기 콘택홀을 매립시키고, 상기 매립된 콘택홀을 제외한 영역의 하부 전극(343)상에 순차 형성된 상기 감광층(350)과 백금 물질을 제거함으로써, 상기 콘택홀에 매립되는 백금층(361)을 형성하는 단계; 및 상기 하부 전극(343) 및 백금층(361)의 상부에 상기 변형부(344) 및 상부 전극(345)을 순차 형성하여 상기 액츄에이터(340)을 형성하는 단계로 이루어진 광로 조절 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방법은, 상기 패드(320)와 전기적으로 연결된 상기 하부 전극(343)을 화소 단위로 형성시키는 공정을 부가적으로 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
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