KR100207403B1 - 광로 조절 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 전기적 접점 단자로 작용하는 패드가 매트릭스 구조로 형성된 구동 기판상에 금속층을 형성시키고 패터닝시켜서 상기 구동 기판의 일부를 노출시키는 단계와, 상기 구동 기판상에 보호층, 스톱층, 회생층 및 멤브레인을 순차적으로 형성시키고 패터닝시켜서 콘택홀을 형성시키는 단계와, 상기 멤브레인상에 하부 전극을 형성시키는 단계와, 상기 하부 전극상에 변형부 및 상부 전극을 형성시키는 단계와, 상기 희생층을 제거함으로서 캔틸레버 형상의 액츄에이터를 형성시키는 단계로 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 제작하기 위한 방법을 순차적으로 도시한 공정도.

제4도는 본 발명에 따른 광로 조절 장치를 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

310 : 구동 기판 320 : TM

321 : 금속층 330 : 희생층

342 : 멤브레인 343 : 하부 전극

344 : 변형부 345 : 상부 전극

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 발생되는 것을 방지시키기 위한 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 소정 형상으로 형성된 희생층(130)이 형성되고 상기 희생층(130)상에 순차적으로 적층된 복수개의 층으로 이루어진 액츄에이터(140)를 구비하고 있다.

한편, 상기 액츄에이터(140)를 구성하는 복수개의 층은 멤브레인(142)과, 하부 전극(143)과, 변형부(144)와 상부 전극(145)으로 이루어져 있으며 상기 하부 전극(143)은 콘택홀(150)을 통하여 상기 패드(120)와 전기적으로 연결된다.

이때, 도시되어 있지 않은 제어 시스템으로부터 전기적 신호가 상기 하부 전극(143)에 인가되면 상기 변형부(144)가 압전 특성을 나타내며 이에 의해서 상기 액츄에이터(140)가 구동하여 빛의 광로를 조절하게 된다.

한편, 제2도에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 구동 기판(110)상에는 상기 패드(120)를 보호하기 위한 보호층(111)과, 상기 보호층(111)을 식각 공정에 의하여 화학적 손상을 받는 것을 방지시키기 위한 식각 방지층(112)이 형성되어 있다.

이때, 상기 패드(120)상에 형성된 상기 콘택홀(150)은 상기된 바와 같은 보호층(111), 식각 방지층(112), 멤브레인(142)을 순차적으로 식각시킴으로서 형성되고 이에 의해서 상기 패드(120)상에 높은 단차가 형성된다.

따라서, 상기 콘택홀(150)상에 형성된 단차를 완화시키기 위하여 상기 변형부(144)은 충분한 두께로 적층되어 있으므로 양호한 압전 특성을 나타내기 위한 열처리 공정시 상기 변형부(144)를 구성하는 압전 세라믹의 열수축에 의하여 상기 변형부(144)상에 크랙(160)이 발생되므로 이 후의 공정에 의하여 상기 변형부(144)상에 형성되는 상부 전극(145)은 상기 크랙(160)을 통하여 상기 하부 전극(143)과 전기적으로 쇼트된다는 문제점을 야기시킨다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 구동 기판상의 패드와 전기적으로 연결된 하부 전극상에 상대적으로 높은 적층 두께를 구비하여서 형성된 세라믹 조성의 변형부가 열처리에 의한 열변형에 의하여 크랙을 발생하므로, 이를 방지시켜서 상기 변형부상에 형성되는 상부 전극이 상기 하부 전극과 전기적으로 쇼트되는 것을 방지시키기 위한 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적은 전기적 접점 단자로 작용하는 패드가 매트릭스 구조로 형성된 구동 기판상에 금속층을 형성시키고 패터닝시켜서 상기 구동 기판의 일부를 노출시키는 단계와, 상기 구동 기판상에 보호층, 식각 방지층, 희생층 및 멤브레인을 순차적으로 형성시키고 패터닝시켜서 콘택홀을 형성시키는 단계와, 상기 멤브레인상에 하부 전극을 형성시키는 단계와, 상기 하부 전극상에 변형부 및 상부 전극을 형성시키는 단계와, 상기 희생층을 제거함으로서 캔틸레버 형상의 액츄에이터를 형성시키는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 하부 전극은 상기 멤브레인의 일부 식각에 의하여 형성된 콘택홀을 통하여 상기 도전층과 전기적으로 연결된다.

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

제3도(a) 내지 (d)는 본 발명의 일실시예에 따른 광로 조절 장치의 제조 방법을 순차적으로 도시한 공정도이고 제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 제조 방법에 의하여 제작된 광로 조절 장치를 도시한 단면도이다.

즉, 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 제조 방법은 전기적 접점 단자로 작용하는 패드(320)가 매트릭스 구조로 형성된 구동 기판(310)상에 금속층(321)을 형성시키고 패터닝시켜서 상기 구동 기판(310)의 일부를 노출시키는 단계와, 상기 구동 기판(310)상에 보호층(311), 식각 방지층(312), 희생층(330) 및 멤브레인(342)을 순차적으로 형성시키고 패터닝시켜서 콘택홀(350)을 형성시키는 단계와, 상기 멤브레인(342)상에 하부 전극(343)을 형성시키는 단계와, 상기 하부 전극(343)상에 변형부(344)및 상부 전극(345)을 형성시키는 단계와, 상기 희생층(330)을 제거함으로서 캔틸레버 형상의 액츄에이터(340)를 형성시키는 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 구동 기판(310)의 표면상에 매트릭스 구조로 형성된다.

이때, 상기 패드(320)상에 스퍼터링 증착 공정(sputtering) 또는 열증착 공정(thermal evaporation)과 같은 물리 기상 증착 공정에 의하여 도전성 금속을 소정 두께로 적층시켜서 가상선으로 표시된 바와 같이 도전층(321)을 형성시킨다.

여기에서, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 도전층(321)을 구성하는 도전성 금속은 상기 패드(320)를 구성하는 도전성 금속과 동일한 금속으로 이루어져 있으며 특히 텅스텐(W)으로 이루어져 있다.

한편, 상기 도전층(321)의 일부는 소정 형상의 패턴이 형성된 마스크를 사용하는 건식 식각 공정에 의하여 소정 형상으로 패터닝되며 이때 상기 건식 식각 공정은 이방성 에칭 특성이 양호하고 염소 플라즈마를 사용하는 반응성 이온 식각 공정(RIE) 또는 이온 밀링 공정(ion milling)에 의하여 수행된다.

즉, 상기된 바와 같은 증착 공정 및 식각 공정에 의하여 형성된 상기 금속층(321)의 일부는 상기 패드(320)상에 잔존하고 나머지 부분은 식각되어서 상기 구동기판(310) 및 상기 패드(320)의 일부를 노출시킨다.

한편, 제3도(b)에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 금속층(321)의 패턴을 통하여 노출된 상기 패드(320)의 일부를 보호할 수 있도록 인이 도핑된 실리콘 산화물(PSG)을 화학 기상 증착 공정(CVD)에 의하여 상기 구동 기판(310)상에 소정 두께로 적층시켜서 보호층(311)을 형성시킨다.

이때, 상기 보호층(311)은 상기 구동 기판(310)상에 형성된 패드(320) 및 금속층(321)에 의하여 소정 크기의 단차를 갖는 토폴러지(topology)를 형성하고 있으므로 이를 완화시키기 위하여 화학 기계 연마 공정(CMP:chemical mechanical polishing)에 의하여 상기 보호층(311)을 평탄화시킨다.

여기에서, 상기 화학 기계 연마 공정에 따르면, 상기된 바와 같이 보호층(311)이 형성된 상기 구동 기판(310)을 연마 장치의 척에 고정시켜서 융 또는 다이아몬드 사포등이 표면에 구비된 회전판에 면접촉이 이루어지도록 설치한 후 상기 회전판 및 척을 일정한 속도로 회전시킴으로서 상기 보호층(311)의 표면은 연마된다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기된 바와 같이 상기 보호층(311)의 표면을 연마시킬 때 상기 구동 기판(310)상에 형성된 금속층(321) 및 패드(320)가 손상되는 것을 예방할 수 있을 뿐만 아니라 양호한 표면 연마를 수행할 수 있도록 약 330g/cm²정도의 가압하에서 상기 회전판을 약 200rpm 정도로 회전시키고 또한 상기 척을 약 30rpm 정도로 회전시킨다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 보호층(311) 표면이 균일한 상태로 양호하게 연마될 수 있도록 상기 회전판에 면접촉되어 있는 상기 보호층(311)을 약 분당 8cm 정도의 행정 속도(stroke speed)로 약 4cm 정도의 거리로 왕복 운동하도록 작동시킨다.

이때, 상기된 바와 같이 상기 보호층(311)의 표면이 연마됨과 동시에 발생되는 찌꺼기를 슬러지(slurry) 형태로 제거할 수 있도록 Se₂O₃성분을 약 10% 정도 함유하고 있는 수용액을 상기 회전판과 보호층(311)의 접촉면사이에 공급시킨다.

따라서, 상기된 바와 같이 화학 기계 연마 공정(CMP)의 연마 작용에 의하여 제3도(b)에 가상선으로 표시된 상기 보호층(311)의 표면은 연마되어서 실선으로 표시된 바와 같이 평탄한 표면 상태로 제공된다.

한편, 제3도(c)에 도시되어 있는 바와 같이, 상기 보호층(311)상에 상기 화학 기상 증착 공정(CVD)에 의하여 실리콘 산화물(Si₃N₄)을 소정 두께로 적층시켜서 식각 방지층(stop layer)(312)을 형성시켜서 상기 보호층(311)이 패턴 형성 공정시 화학적 손상을 받는 것을 방지시킨다.

한편, 상기 식각 방지층(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 적층시킴으로서 희생층(sacrificial layer)(330)을 형성시킨 후 상기 희생층(330)을 소정 형상으로 패터닝한다.

여기에서, 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, 상기된 바와 같이 소정 형상으로 패터닝된 상기 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 상기 희생층(330)에 의한 소정 크기의 단차를 구비하게 된다.

이때, 이방성 에칭 특성이 양호한 반응성 이온 식각 공정(RIE)과 같은 건식 식각 공정에 의하여 상기 멤브레인(342)의 일부와 상기 식각 방지층(312)의 일부를 제거하며 이에 의해서 상기 멤브레인(342)상에 소정 크기의 단차를 갖는 콘택홀(contact hole)(H)이 형성되고 이러한 콘택홀(H)을 통하여 상기 구동 기판(310)상에 형성된 패드(320)가 노출된다.

한편, 상기된 바와 같이 콘택홀(H)이 형성된 상기 멤브레인(342)상에 백금(Pt) 또는 구리(Cu) 또는 티타늄(Ti)과 같은 도전성 금속을 열 증착 공정(thermal evaporation) 또는 스퍼터링 증착 공정(sputtering)에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 하부 전극(343)을 형성시킨다.

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

한편, 상기 하부 전극(343)의 일부는 반응성 이온 식각 공정(RIE)에 의하여 제거하며 이에 의해서 상기 패드(320)를 통하여 인가되는 전기적 신호가 화소 단위로 작용되도록 한다.

이때, 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.

여기에서, 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.

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

즉, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 변형부(344)의 전반적인 적층 두께는 약 2000 내지 10000정도의 두께로 유지된다.

또한, 상기 변형부(344)의 적층 두께가 약 2000미만인 경우에 상기 변형부(344)는 적절한 압전 특성을 나타내지 못하고 또한 상기 변형부(344)의 적층 두께가 약 10000이상인 경우에도 상기 변형부(344)는 적절한 압전 특성을 나타내지 못하게 된다.

따라서, 상기 변형부(344)의 적층 두께는 상기된 바와 같이 약 2000내지 10000정도로 유지시키며 특히 바람직하게는 약 3000내지 8000정도로 유지시킨다.

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, 상기 변형부(344)상에 상기된 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.

이상, 상기된 바와 같은 증착 공정에 의하여 상기 희생층(330)상에 상기 멤브레인(342), 하부 전극(343), 변형부(344) 및 상부 전극(345)으로 이루어진 액츄에이터(340)가 형성된다.

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 제거되며 그 결과 상기 액츄에이터(340)는 개별적으로 작동가능하도록 복수개 형성된다.

또한, 제4도에 도시되어 있는 바와 같이 상기 액츄에이터(340)의 일단부를 제거시킴으로서 노출된 상기 희생층(330)은 불산(HF)을 함유하는 에칭 용액을 사용하는 습식 식각 공정에 의하여 식각 제거되며 이에 의해서 상기 액츄에이터(340)는 그의 일단부가 상기 구동 기판(310)으로부터 소정 간격으로 이격된 상태의 캔틸레버 형상으로 형성된다.

즉, 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(330)은 하기의 식(②)으로 표시된 화학 반응에 의하여 식각되어 제거된다.

이때, 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(③)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 완충비는 약 10:1 미만의 값을 가지며 특히 약 6:1의 값을 갖는다.

따라서, 상기된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따라서 제작된 광로 조절 장치의 액츄에이터(340)는 제어 시스템으로부터 상기 구동 기판(310)상에 형성된 패드(320) 및 도전층(321)을 통하여 상기 하부 전극(343)에 전기적 신호가 화소 단위로 인가되며 이에 의해서 상기 변형부(344)가 압전 특성에 의한 변형을 하게 하여 액츄에이터(340)가 작동하므로 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, 구동 기판의 표면상에 형성된 전기적 접점 단자인 패드의 상부에 금속층을 형성시킴으로서 상기 패드에 하부 전극을 전기적으로 연결시키기 위하여 형성된 콘택홀의 단차를 완화시킬 수 있으며 그 결과 열처리에 의한 변형부의 수축율을 감소시켜 크랙 발생을 방지시킨다.

Claims (4)

1. 전기적 접점 단자로 작용하는 패드(320)가 매트릭스 구조로 표면 상에 형성되어 있는 구동 기판(310)상에 액츄에이터(340)를 형성하는 광로 조절 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 패드(320)를 포함하여 상기 구동기판(310)의 전 표면에 소정 두께의 금속층(321)을 형성하고, 상기 패드(320)의 일부분 상에 상기 금속층(321)이 남겨지는 형태로 상기 금속층(321)을 패터닝하는 제1단계; 상기 패드(320) 및 그 위의 상기 금속층(321)을 포함하여 상기 구동기판(310)의 전 표면에 소정 두께의 보호층(311)을 형성하는 제2단계; 상기 금속층(321)의 상부가 노출될 때까지 상기 보호층(311)을 평면화하는 제3단계; 이렇게 형성된 구조체 위에 식각 방지층(312) 및 희생층(330)을 형성하고, 적어도 상기 패터닝된 금속층(321) 위쪽에 있는 희생층(330) 부분이 제거되는 형태로 상기 희생층(330)을 패터닝하는 제4단계; 이렇게 형성된 구조체 위에 멤브레인(342)을 형성하고, 상기 금속층(321)의 상부가 노출될 때까지 상기 금속층(321) 위쪽에 있는 상기 멤브레인(342) 및 상기 식각 방지층(312)의 일부분을 제거하여 콘택홀(H)을 형성하는 제5단계; 이렇게 형성된 구조체 위에 하부 전극(343)을 형성하는 제6단계; 및 상기 하부 전극(343) 위에 상기 콘택홀(H)을 매립시키는 형태로 변형부(344)를 형성하고, 상기 변형부(344) 상에 상부 전극(345)을 순차 형성하고, 픽셀 단위로 분리된 형태의 상기 액츄에이터(340)를 형성하는데 필요한 공정을 수행하는 제7단계를 포함하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 금속층(321)은 상기 패드(320)를 구성하는 물질과 동일한 물질로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 금속층(321)은 텅스텐으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 제3단계는 화학 기계 연마 공정에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.