KR100220685B1 - 박막형 광로조절장치의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 희생층과 PR층 사이에 옥시나이트라이드층을 형성시킨 광로조절장치의 제조방법에 관한 것으로, 구동기판(11)에 희생층(12)을 형성하는 공정과, 상기 희생층(12)상면에 옥시나이트라이드층(13)을 형성하는 공정과, 상기 옥시나이트라이드층(13)상면에 멤브레인(14)을 형성하는 공정과, 상기 멤브레인(14)의 일단에 금속을 채워 패드(15)와 전기적으로 연결하기 위해 플러그(16)를 형성하는 공정과, 상기 멤브레인(14)의 상부에 하부전극(17)을 형성하는 공정과, 상기 하부전극(17) 상부에 변형부(18)를 형성하는 공정과, 상기 변형부(18) 상부에 상부전극(19)을 형성하는 공정과, 액츄에이터(20)를 분리하는 공정과, 희생층(12)을 제거하는 공정을 구비하여 기체상태의 P₂O₅를 함유한 희생층 표면과 PR층이 직접접촉되어 접착력이 떨어지는 것을 방지함으로써 희생층의 언더컷 현상을 방지할 수 있다.

Description

박막형 광로조절장치의 제조방법

본 발명은 박막형 광로조절장치의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 희생층과 PR층 사이에 옥시나이트라이드층을 형성시킨 광로조절장치의 제조방법에 관한 것이다.

화상 표시장치는 표시방법에 따라, 직시형 화상 표시장치와 투사형 화상 표시장치로 구분된다. 직시형 화상 표시장치는 CRT(Cathode Ray Tude)등이 있는데, 이러한 CRT 화상 표시 장치는 화질은 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증대와, 가격이 비싸지는 문제점이 있어 대화면을 구비하는데 한계가 있다.

투사형 화상 표시장치로서 액정표시장치(Liquid Crystal Display)는 박형화가 가능하여 중량을 작게 하면서 대화면을 구현할 수 는 있으나, 이러한 액정 표시장치는 편광판에 의한 광의 손실이 크고 액정표시화면을 구동하기 위한 박형 트랜지스터가 화소마다 형성되어 개구율(광의 투과면적)을 넓히는데 한계가 있다.

한편, 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays : 이하 'AMA'라 약칭함)를 이용한 투사형 화상표시장치가 광원에서 발생된 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리한 후, 광을 액츄에이터들로 이루어진 광로조절장치의 구동에 의해 기울어지는 거울에 각각 반사시켜 광의 양을 조절할 수 있도록 광로(Light Path)를 변경시켜 화면에 투사시킴으로써 화면에 화상이 나타나도록 하는 것이다.

상기에서 액츄에이터는 압전 또는 전왜세라믹으로 이루어진 변형부가 인가되는 전압에 의해 전게를 발생시켜 변형되는 것을 이용하여 거울을 기울게 한다.

이와같은 AMA 의 액츄에이터는 다층세라믹을 얇게 잘라 내부에 금속전극을 형성시킨 세마믹웨이퍼를 구동기판에 실장한 후 쏘잉(Sawing)등으로 가공하는 벌크형(Bulk type)으로 다층세라믹을 형성하여 쏘잉 작업 등으로 가공하는 공정이 난해하며, 변형부의 반응속도가 떨어지는 문제점들로 인해 반도체 공정을 이용하여 제조하는 박막형(Thin Film type)이 개발되었다.

제1도는 종래기술에 따른 광로조절장치의 평면도이며, 제2도는 제1도의 Ⅰ-Ⅰ선을 취한 단면도이다.

광로조절장치는 구동기판(51) 및 다수개의 액츄에이터(52)로 구성된다. 구동기판(51)은 유리 또는 알루미나 등의 절연물질이나, 실리콘 등의 반도체로 이루어지며 구동기판(51) 내부에는 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되어있다. 또한, 구동기판(51)의 상면에 트랜지스터와 전기적으로 연결된 패드(53)가 형성되어 있다.

액츄에이터(52)는 멤브레인(54), 플러그(55), 하부전극(56), 변형부(57) 및 상부 전극(58)으로 이루어져 이웃하는 액츄에이터(52)와 분리되어있는데 액츄에이터(52)의 중앙을 중심으로 2개의 레그와 돌출부가 형성되어 레그의 타측이 이웃하는 액츄에이터(52)의 끝단과 일치되어 '요()'자의 형태를 이루고, 돌출부는 이웃하는 액츄에이터(52)의 래그와 일치되어 '철()'자의 형태를 이루도록 상보적으로 이루어진다.

한편, 멤브레인(54)은 절연물질 0.12정도의 두께로 형성되며, 플러그(55)는 구동기판(51)의 패드(53)위에 적층되어있는 멤브레인(54)의 소정부분에 텅스텐 또는 디타늄 등의 금속을 채워 패드(53)와 전기적으로 연결되도록 형성된다. 하부전극(56)은 멤브레인(54)의 상부에 백금, 백금/티타늄 또는 백금/탄탈 등을 1002000정도의 두께로 형성된다. 변형부(57)는 하부전극(56) 상부에 BaTiO, PZT 또는 PLZT 등의 압전세라믹이나 PMN 등의 전왜세라믹을 0.12정도의 두께로 형성된다. 상부전극(58)은 변형부(57) 의 상부 표면에 알루미늄, 백금 또는 은 등의 전기적 특성 및 반사특성이 양호한 스퍼터링 또는 진공증착 등에 의해 1002000정도의 두께로 형성된다.

특히, 구동기판(51)과 멤브레인(54) 사이에 에어갭(59)을 형성하기 위하여 식각용액에 용이하게 제거되는 0.14두께의 희생층(60)을 구동기판(51) 상면에 형성시킨 후 멤브레인(54), 하부전극(56), 변형부(57) 및 상부전극(58)들을 순차적으로 적층시킨다.

이와같은 희생층(60)은 12%인(Phosphorus)이 도핑된 PSG(Phospho-Silicate G:ass)로 이루어진다. 이때 희생층(60)의 표면인 인의 농도가 가장 높게 나타나며, 표면에서 인은 기체상태의 P₂O₅로 존재하게 된다.

이와같은 기체상태의 P₂O₅는 대기중의 수분관 쉽게 반응을 일으켜 희생층 패터닝을 위해 포토마스킹 작업시 희생층(60)과 PR층(61)의 접촉면의 접착력이 저하된다.

즉, 제3도를 참조하면 포토마스킹 작업으로 형성된 PR층(61) 의 창(Window)모서리와 희생층(60)의 접촉면이 분리되어 희생층(60) 습식에칭시 언더컷(Undercut)현상이 발생되는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기위한 것으로, 희생층과 PR층의 접착력을 향상시켜 습식에칭시 언더컷 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있는 박막형 광로로절장치 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 구동기판에 희생층을 형성하는 공정과, 희생층 상면에 멤브레인을 형성하는 공정과, 상기 멤브레인의 일단에 금속을 채워 패드와 전기적으로 연결하기위해 플러그를 형성하는 공정과, 상기 멤브레인의 상부에 하부전극을 형성하는 공정과, 상기 하부전극 상무에 변형부를 형성하는 공정과, 상기 변형부 상부에 상부전극 형성하는 공정과, 액츄에이터를 분리하는 공정과, 희생층을 제거하는 공정을 구비하는 박막형 광로조절장치의 제조방법에 있어서, 희생층을 형성하는 공정이, 희생층 위에 옥시나이트라이드층을 형성하하는 공정과 ; 옥시나이트라이드층 위에 PR층을 도포하고 소정형상으로 패터닝하는 공정과 ; PR층의 형사의 따라 옥시나이트라이드 충과 희생층을 식각하는 공정도 포함한다.

제1도는 종래기술에 따른 광로조절장치의 평면도.

제2도는 제1도의 Ⅰ-Ⅰ선을 취한 단면도.

제3도는 종래의 희생층 패터닝공정을 보인 공정도.

제4(a) 내지 4(g)도는 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 제조공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 구동기판 12 : 희생층

13 : 옥시나이트라이드 14 : 멤브레인

15 : 패드 16 : 플러그

17 : 하부전극 18 : 변형부

19 : 상부전극 20 : 액츄에이터

이하, 첨부도면과 함께 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 제4(a)도 내지 제4(g)도는 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 제조공정도이다.

본 발명은 박막형 광로조절장치의 제조방법에 있어서, 구동기판(11)에 희생층(12)을 형성하는 공정과, 희생층(12) 상면에 옥시나이트라이드층(13)을 형성하는 공정과, 옥시나이트라이드층(13) 위에 PR층(21)을 도포하고 소정형상으로 패터닝하는 공정과, PR층(21)의 형상을 따라 옥시나이트라이드층(13)과 희생층(12)을 식각하는 공정고, 옥시나이트라이드층(13) 상면에 멤브레인(14)을 형성하는 공정과, 멤브레인(14)의 일단에 금속을 채워 패드(15)와 전기적으로 연결하기 위해 플러그(16)를 형성하는 공정과, 멤브레인(14)의 상부에 하부전극(17)을 형성하는 공정과, 하부전극(17) 상부에 변형부(18)를 형성하는 공정과, 변형부(18) 상부에 상부전극(19)을 형성하는 공정과, 액츄에이터(20)를 분리하는 공정과, 희생층(12)을 제거하는 공정을 포함한다.

옥시나이트라이드층(13)은 저압화학기상증착(LPCVD)으로 1000정도의 두께로 이루어지는 것이 바람직하다.

제4(a)도를 참조하면, 표면에 트랜지스터(도시되지 않음)가 매트릭스 형태로 내장되고 이 트랜지스터에 전기적으로 연결된 패드(15)를 갖는 구동기판(11)의 표면에 0.14정도의 두께의 희생층(12)을 형성한다. 구동기판(11)은 유리 또는 알루미나 등의 절연물질 또는 실리콘 등의 반도체로 이루어지며, 희생층(12)은 12% 인(Phosphorus)이 도핑된 PSG(Phospho-Silicate Glass)가 스핀 코팅방법(Spin Coating)으로 증착 형성된다.

이와같이 인이 도핑된 PSG로 이루어지는 희생층(12)은 표면으로 갈수록 인의 농도가 높게 나타나며, 표면층에서 인은 기체상태의 P₂O₅로 존재하면서 대기중의 수분과 반응을 일으켜 이후 도포되는 PR층(21)의 접착력을 떨어뜨리게 된다.

제4(b)도는 이와같이 표면층에 기체상태의 P₂O₅가 많아 수분과 반응을 일으키는 희생층(12) 상부에 저압화학기상증착(LPCVD)으로 1001000정도의 두께의 옥시나이트라이드층(13)을 증착시켜 PR층(21)과 직접 접촉되는 것을 방지한다.

옥시나이트라이드층(13)은 반응실에서 SiH₂Cl₂+ NH₃+ N₂O 가스가 700 850정도의 온도에서 반응을 일으켜 생성된다.

제4(c)도를 참조하면, 옥시나이트라이드층(13) 상면에 PR층(21)을 코팅한 후 포토마스킹 작업으로 PR층(21)의 창(Window)을 형성하고, 제4(d)도와 같이 PR층(21)의 형상을 따라 습식에칭으로 옥시나이트라이드층(13)과 희생층(12)을 식각하여 패드(15)와 주위의 구동기판(11)이 노출되도록 한다.

이때, 옥시나이트라이드층(13)에 의해 희생층(12)과 PR층(21)의 접착력이 양호하게 유지되므로 희생층(12)의 일부가 언더커팅되는 현상을 방지할 수 있다.

제4(e)도를 참조하면 옥시나이트라이드층(13), 노출된 구동기판(11) 및 패드(15)에 질화실리콘(Si₃N₄) 또는 탄화실리콘 등의 규화물을 스퍼터링 또는 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition ; 이하 CVD라 약칭함)방법에 의해 0.12정도의 두께로 증착하여 멤브레인(14)을 형성한다. 계속해서, 통상의 포토리소그래피 방법에 의해 멤브레인(14)의 소정 부분에 개구를 형성하고, 이 개구의 내부에 텅스텐 또는 티타늄 등의 금속을 채워 패드(15)와 전기적으로 연결되는 플러그(16)를 형성한다. 계속해서, 멤브레인(14)의 상부에 백금 또는 백금/티타늄 등을 진공증착 또는 스퍼터링 등에 의해 1002000정도의 두께로 증착하여 하부전극(17)을 형성한다. 하부전극(17)은 플러그(16)와 직접접촉되어 패드(15)와 전기적으로 연결된다.

제4(f)도를 참조하면, 하부전극(17)의 표면에 변형부(18)를 형성한다. 에서 변형부(18)는 BaTiO₃, PZT(Pb(Zr, Ti)O₃) 또는 PLZT(Pb,La)(Zr, Ti)O₃) 등의 압전세라믹이나, 또는 PMN(Pb(Mg, Nb)O₃) 등의 전왜세라믹을 Sol-Gel 법, 스퍼터링 또는 CVD법 등에 의해 0.12정도의 두께로 증착된다. 계속해서 변형부(18)의 상부에 상부전극(19)을 형성하며, 상부전극(19)은 전기전도도 및 반사특성이 좋은 금속인 알루미늄이 스퍼터링 또는 진공증착방법으로 1002000정도의 두께 증착된다. 그리고,상부전극(19), 변형부(18), 하부전극(17) 및 멤브레인(14)을 구동기판(11)이 노출되도록 식각하여 액츄에이터(20)를 분리시킨다. 바람직하게는 액츄에이터(20)를 분리할 때 식각 마스크를 사용하여 반응성 이온식각공정으로 식각한다. 그리소, 상부전극(19)의 표면과 액츄에이터(20)들의 분리에 의한 측면들에 보호막(22)을 형성한다.

제4(g)도를 참조하면, 희생층(12)을 불산용액 등의 식각용액으로 제거하여 구동기판(11)과 멤브레인(14)사이에 에어갭(23)을 형성함으로써 캔틸레버 구조를 갖도록 한다. 이때 보호막(22)은 멤브레인(14) 및 변형부(18)의 측면이 불산 등의 식각용액에 식각되어 각층들이 박리되는 것을 방지한다. 그리고 잔류하는 식각용액을 제거하도록 탈이온수로 세정하고 건조시켜 위와같은 공정을 통해 박막형 광로조절장치의 제조가 완료된다.

상술한 바와같이 본 발명은 PSG 재질로 이루어진 희생층(12) 상부에 옥시나이트라이드층(13)을 형성하여 희생층(12)의 표면에 존재하는 기체상태의 P₂O₅를가 대기중의 수분과 반응을 일으키는 것을 차단시키고 PR층(21)을 도포하여 희생층(12)의 패터닝작업시 희생층(12)과 PR층(21)의 접착이 양호한 상태를 유지하도록 한다.

따라서, 본 발명은 기체상태의 P₂O₅를 함유한 희생층 표면과 PR층이 직접접촉되어 접착력이 떨어지는 것을 방지함으로써 희생층의 언더컷 현상을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (5)

1. 박막형 광로조절장치의 제조방법에 있어서, 구동기판(11)에 희생층(12)을 형성하는 공정과, 상기 희생층(12) 상면에 멤브레인(14)을 형성하는 공정과, 상기 멤브레인(14)의 일단에 금속을 채워 패드(15)와 전기적으로 연결하기 위해 플러그(16)를 형성하는 공정과, 상기 멤브레인(14)의 상부에 하부전극(17)을 형성하는 공정과, 상기 하부전극(17) 상부에 변형부(18)를 형성하는 공정과, 상기 변형부(18) 상부에 상부전극(19)을 형성하는 공정과, 액츄에이터(20)를 분리하는 공정과, 희생층(12)을 제거하는 공정을 포함하는 박막형 광로조절장치의 제조방법에 있어서, 상기 희생층(12)을 형성하는 공정이, 상기 희생층(12)위에 옥시나이트라이드층(13)을 형성하는 공정과; 상기 옥시나이트라이드층(13) 위에 PR층(21)을 도포하고 소정형상으로 패터닝하는 공정과 : 상기 PR층(21)의 형상을 따라 상기 옥시나이트라이드층(13)과 희생층(12)을 식각하는 공정을 포함하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 옥시나이트라이드층(13)은 저압화학기상증착(LPCVD)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 옥시나이트라이드층(13)은 1001000정도의 두께를 유지하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 옥시나이트라이드층(13)은 SiH₂Cl₂+NH₃+N₂O가스로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 옥시나이트라이드층(13)은 700 850정도의 온도에서 반응을 일으키도록 하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.