KR100207407B1 - 광로 조절 장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 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 상부 전극은 합금 원소를 함유한 알루미늄으로 형성되며, 상기 방법은 상기 상부 전극을 200 내지 500

Description

광로 조절 장치의 제조 방법

제1도는 일반적인 광로 조절 장치를 도시한 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 제조 방법을 순차적으로 도시한 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110 : 구동 기판 120 : 패드

130 : 희생층 142 : 멤브레인

143 : 하부 전극 144 : 변형부

145 : 상부 전극 150 : 콘택홀

본 발명은 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 세라믹 물질로 이루어진 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.

이 때, 상기 액츄에이터(140)를 구성하는 복수개의 층은 멤브레인(142)과, 하부 전극(143)과, 변형부(144)와 상부 전극(145)으로 이루어져 있고 또한 상기 희생층(130)을 제거함으로써 상기 액츄에이터(140)는 자유 단부가 구동가능한 캔틸레버(cantilever) 형상으로 형성된다.

한편, 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 층들 중 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 적층시킴으로서 형성된다.

이 때, 상기된 바와 같이, 졸-겔 공정에 의하여 형성된 상기 변형부(144)는 상기 하부 전극(143)에 대한 접촉 특성(adhesion property)이 불량한 상태로 유지되어 있으므로 상기 상부 전극(145)을 알루미늄으로 형성시키는 경우에 상기 상부 전극(145)에 잔류하는 응력에 의하여 이 후에 실시되는 공정중에 상기 변형부(144)가 박리하는 현상이 발생된다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 상부 전극의 증착으로 인한 큰 응력 발생을 완화시켜서 변형부층의 박리 현상을 방지시키기 위한 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는데 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 단계를 포함하며, 상기 상부 전극은 소량의 첨가 원소를 함유한 알루미늄으로 이루어져 있으며, 상기 상부 전극을 약 200내지 500온도하에서 열처리하는 단계는 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 첨가 원소는 Si, Si-Cu, Si-Ti, Sn, Cd, In 등의 원소로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 상부 전극은 약 0.05 내지 2.0 중량정도의 상기 첨가 원소가 함유되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 열처리 공정은 비산화성 분위기하에서 수행되는 것을 특징으로 한다.

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

제2도는 본 발명의 일실시예에 따라서 광로 조절 장치를 제조하기 위한 방법을 순차적으로 도시한 흐름도이다.

즉, 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 제조 방법은 구동 기판(110)상에 소정 형상으로 패터닝된 희생층(130)을 형성시키는 제1단계(210)와, 상기 희생층(130)상에 멤브레인(142)을 형성시키고 상기 멤브레인(142)상에 콘택홀(150)을 형성시키고 하부 전극(143)을 형성시키고 상기 하부 전극(143)상에 변형부(144)를 형성시키며 상기 변형부(144)상에 상부 전극(145)을 형성시켜 액츄에이터를 형성시키는 제2단계(220)와, 상기 상부 전극(145)를 열처리하는 제3단계(230)와, 식각 공정에 의하여 노출된 상기 희생층(130)을 제거하는 제4단계(240)로 이루어진다. 상기한 상부 전극의 열처리는 상부 전극을 형성하는 도중에 행할 수도 있다.

먼저, 상기 구동 기판(110)은 도시되어 있지 않은 제어 시스템과 연결되어 있는 복수개의 트랜지스터를 내장하고 있으며 또한 상기 트랜지스터에 전기적으로 연결되어서 접점 단자로 작용하는 복수개의 패드(120)가 상기 구동 기판(110)의 표면상에 형성된다.

이 때, 상기 구동 기판(110)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(sacfificial layer)(130)을 소정 형상으로 패터닝시킨다.

한편, 상기 희생층(130)을 패터닝시키기 위한 본 발명의 일실시예에 따르면 소정 두께로 형성된 상기 희생층(130)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 현상시킴으로서 상기 감광층을 소정 형상으로 패터닝시키며 이 후에 상기 감광층의 패턴을 통하여 노출된 상기 희생층(130)의 일부를 제거하며 이에 의해서 소정 형상으로 패터닝된 희생층(130)이 형성된다.

한편, 상기된 바와 같이 소정 형상으로 패터닝된 상기 희생층(130)상에 질화 실리콘(SiN_x)또는 탄화 실리콘(SiC)과 같은 규화물을 스퍼터링(sputtering) 증착 공정과 같은 기상 증착 공정(PVD) 또는 화학 기상 증착 공정(CVD)을 통하여 소정 두께로 적층시켜서 멤브레인(142)을 형성시키며 이러한 멤브레인(142)의 패턴 형성은 상기 희생층(130)에 의한 소정 크기의 단차를 구비하게 된다.

또한, 상기 멤브레인(142)의 일부는 이방성 에칭 특성이 양호한 반응성 이온 식각 공정(RIE)과 같은 건식 식각 공정에 의하여 제거되며 이에 의해서 상기 멤브레인(142)상에 소정 크기의 단차를 갖는 콘택홀(contact hole)(150)이 형성되고 이러한 콘택홀(150)을 통하여 상기 구동 기판(110)상에 형성된 패드(120)가 노출된다.

이 때, 상기된 바와 같이 콘택홀(150)이 형성된 상기 멤브레인(142)상에 백금 및 탄탈늄(Pt/Ta) 또는 백금 티타늄(Pt/Ti)과 같은 도전성 금속을 진공 증착 공정 또는 스퍼터링 증착 공정(sputtering)에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 하부 전극(143)을 형성시킨다.

여기에서, 상기 하부 전극(143)은 상기 콘택홀(150)을 통하여 상기 구동 기판(110)상에 노출된 패드(120)와 전기적으로 연결되어서 작동 전극으로 역할한다.

한편, 압전 특성을 나타내는 세라믹 조성물을 졸-겔 공정에 의하여 상기 하부 전극(143)상에 소정 두께로 적층시킴으로서 변형부(144)를 형성시킨다.

이 때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 세라믹 조성물을 BatiO₃, Pb(Zr,Ti)O₃,(Pb, La)(Zr,Ti)O₃조성의 압전 세라믹 또는 Pb(Mg,Nb)O₃조성의 전왜 세라믹으로 구성된다.

여기에서, 상기 변형부(144)는 별도의 분극을 가하지 않아도 도시되어 있지 않은 제어 시스템으로부터 상기 콘택홀(150)을 통하여 상기 하부 전극(143)에 인가되는 전기적 신호에 의하여 분극될 수 있을 정도의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 변형부(144)을 구성하고 있는 상기 세라믹 조성물을 급가열 공정(rapid thermal annealing system)에 의하여 열처리시킴으로서 상기 변형부(144)의 결정 구조를 페로브스카이트(perovskite) 결정 구조로 형성시키며 이에 의해서 상기 변형부(144)는 상기된 바와 같이 제어 시스템으로부터 인가되는 전기장에 의하여 외형이 변하게 되는 압전 특성을 양호하게 나타낸다.

또한 이에 부가하여 상기 변형부(144)상에 스퍼터링 증착 공정(sputtering)에 의하여 전기 전도도 및 반사 특성이 양호한 알루미늄으로 이루어진 박막을 소정 두께로 형성시킴으로써 상부 전극(145)을 형성시키며 이러한 상부 전극(145)은 공통 전극으로 작용한다.

이 때, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 알루미늄은 약 0.01 내지 2.5 중량정도의 합금 원소 특히 약 0.05 내지 2.0 중량정도의 합금 원소를 함유하고 있으며 이러한 합금 원소는 Si, Si-Cu, Si-Ti, Sn, Cd, In 등의 원소로 이루어져 있다.

한편, 상기 합금 원소의 첨가 함량이 약 0.01 중량미만인 경우에 상기된 바와 같이 상부 전극의 증착전 박막의 잔류 응력을 완화시키는 특성을 나타내지 못하게 되며 또한 상기 합금 원소의 첨가 함량이 약 2.5 중량이상인 경우에 상기 상부 전극으로서 알루미늄의 반사 특성을 저하시킨다.

이후에, 상기 알루미늄 박막에 작용하는 응력을 완화시키기 위하여 상기된 바와 같이 상기 상부 전극(145)을 형성하는 도중에 또는 상기 상부 전극(145)이 형성된 후에 비산화성 분위기 예를 들어 질소 또는 수소 분위기와 같은 환원성 분위기 하에서 약 200 내지 500정도의 온도하에서 열처리를 수행한다.

이상, 상기된 바와 같이 상기 희생층(130)상에 상기 멤브레인(142), 하부 전극(143), 변형부(144) 및 상부 전극(145)을 순차적으로 적층시킴으로서 액츄에이터(140)를 형성시킨다.

이 때, 상기 액츄에이터(140)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(140)는 개별적으로 작동가능하게 형성된다.

또한, 불산(HF)을 함유하는 에칭 용액을 사용하는 습식 식각 공정에 의하여 상기 구동 기판(110)상에 소정 형상으로 형성된 상기 희생층(130)을 식각 제거하며 이에 의해서 상기 액츄에이터(140)는 그의 자유 단부가 상기 구동 기판(110)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 화학 반응에 의하여 식각되어 제거된다.

즉, 상기 희생층(130)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(130)의 식각율이 변하게 된다.

따라서, 상기 희생층(130)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(140)는 제어 시스템으로부터 상기 콘택홀(150)을 통하여 상기 하부 전극(143)에 전기적 신호가 인가됨과 동시에 상기 변형부(144)가 압전 특성에 의한 변형을 하게 됨으로써 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 발생을 방지시킬 수 있다.

Claims (4)

1. 구동 기판(110)상에 소정 형상으로 패터닝된 희생층(130)을 형성시키는 단계와, 상기 희생층(130)상에 멤브레인(142)을 형성시키는 단계와, 상기 멤브레인(142)상에 콘택홀(150)을 형성시키고 하부 전극(143)을 형성시키는 단계와, 상기 하부 전극(143)상에 변형부(144)를 형성시키는 단계와, 상기 변형부(144)상에 상부 전극(145)을 형성시키는 단계와, 식각 공정에 의하여 노출된 상기 희생층(130)을 제거하는 단계로 이루어지고, 상기 상부 전극(145)은 소량의 합금 원소를 함유한 알루미늄으로 이루어져 있으며, 상기 방법은 상기 상부 전극(145)을 약 200내지 500온도범위하에서 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 합금 원소는 Si, Si-Cu, Si-Ti, Sn, Cd, In 원소로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 상부 전극(145)은 0.05 내지 2.5 중량의 합금 원소를 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 열처리 공정은 비산화성 분위기하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법.