KR100239044B1 - 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막형 광로조절장치의 제조방법에 관한 것으로, 능동소자가 내장된 실리콘 기판상에 패시베이션층과 식각스톱층을 형성하여 구동기판을 구비하는 공정과, 상기 구동기판 상에 희생층, 멤브레인, 하부전극, 변형부 및 상부전극을 형성하는 공정과, 상기 희생층을 제거하여 캔틸레버 구조를 갖는 액츄에이터를 형성하는 공정을 포함하는 박막형 광로조절장치의 제조방법에 있어서, 상기 구동기판상에 가이드 홈을 형성한 후 희생층을 형성하도록 하는 공정을 포함하는 것으로, 희생층을 습식 식각 공정으로 제거하여 구동 기판상에 캔틸레버 구조로 형성된 액츄에이터를 형성할 때 식각공정의 부산물로 인해 액츄에이터의 자유 단부가 상기 구동 기판으로 굽혀지는 스티킹 현상을 방지할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING THIN FILM ACTUATED MIRROR ARRAY}

본 발명은 박막형 광로조절장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 구동기판 상에 가이드홈을 형성하여 희생층 제거공정시 캔틸레버 구조의 액츄에이터의 스티킹 현상을 방지할 수 있도록 한 박막형 광로조절장치의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 화상 표시 장치는 표시 방법에 따라, 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로 구분된다.

직시형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT 화상 표시 장치는 화질은 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증대와, 가격이 비싸지는 등의 문제점이 있어 대화면을 구비하는데 한계가 있다.

투사형 화상표시장치는 대화면 액정표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD는 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수 있다. 그러나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광의 손실이 크고 LCD를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 화소 마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.

한편, 액츄에이티드 미러 어레이 (Actuated Mirror Arrays : 이하 AMA라 칭함)를 이용한 투사형 화상표시장치는 광원에서 발광된 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리한 후, 이 광을 액츄에이터들로 이루어진 광로 조절 장치의 구동에 의해 광로를 변경시키는 것에 의해 광의 양을 조절하여 화면으로 투사시킴으로써 화상을 나타나게 한다. 즉, 장방형으로 실장된 각각의 액츄에이터들이 입력되는 전기적 신호에 따라 개별적으로 구동되어 거울면을 기울어지게 하여 광의 양을 조절하게 된다.

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

AMA는 구동방식에 따라 1차원 AMA와 2차원 AMA로 구별된다. 1차원 AMA는 거울들이 M × 1 어레이로 배열되고, 2차원 AMA는 거울들이 M × N 어레이로 배열되어 있다.

따라서, 1차원 AMA를 이용한 투사형 화상 표시 장치는 주사거울을 이용하여 M × 1 개 광속들을 선주사시키고, 2차원 AMA를 이용하는 투사형 화상 표시 장치는 M × N 개의 광속들을 투사시켜 화상을 나타내게 된다.

또한, 액츄에이터는 변형부의 형태에 따라 벌크형(Bulk Type)과 박막형(Thin Film Type)으로 구분된다.

상기 벌크형은 다층 세라믹을 얇게 잘라 내부에 금속전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(Ceramic Wafer)를 구동기판에 실장한 후 쏘잉(Sawing)등으로 가공하고 거울을 실장한다.

그러나, 벌크형 액츄에이터는 액츄에이터들을 쏘잉에 의해 분리하여야 하므로 긴 공정시간이 필요하며, 변형부의 응답 속도가 느린 문제점이 있었다. 따라서, 반도체 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형의 액츄에이터가 개발되었다.

이와같은 반도체 공정을 이용한 종래의 일반적인 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래의 박막형 광로 조절 장치의 단위 픽셀을 도시한 단면도로서, 반도체 집적 회로 제조 공정에 의하여 능동 소자(도면상 미도시됨)가 매트릭스 구조로 형성된 구동기판(100)상에 PSG 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 희생층(Sacrificial Layer ; 공정상 제거되어 도면상에 미도시됨)을 적층한 후 능동소자의 패드 주변이 노출될 수 있으며, 이후 캔틸레버의 지지부를 형성하기 위해 상기 희생층을 소정 형상으로 패터닝한다.

한편, 구동기판(100)은 실리콘 기판(110)상에 능동소자를 보호하기 위한 보호층(120) 및 희생층 제거공정시 식각을 제한하기 위한 식각 스톱층(130)을 부가하여 적층하는 것을 포함한다.

이와같은 패터닝 된 희생층을 갖는 구동기판상에 캔틸레버 구조를 지지하기 위한 멤브레인(210), 구동 기판(100)의 능동 소자와 전기적으로 연결되어 신호 전극의 기능을 갖는 하부전극(220), 압전 특성을 나타내는 변형부(230) 및 공통전극 및 반사면의 기능을 갖는 상부전극(240)을 증착한다.

또한, 상기 복수개의 층들의 일부를 식각 공정으로 패터닝하여 희생층의 일부가 노출되도록 한 후 희생층 제거공정을 통하여 캔틸레버 구조를 갖는 액츄에이터를 형성한다.

한편, 상기 멤브레인(210)의 일단에 콘택홀 형성공정에 의하여 구동 기판(100)의 능동 소자와 전기적으로 연결된 패드(105)가 노출되도록하여 도전성 금속을 리프트 오프(lift-off)공정으로 증착하여 플러그 메탈(205)을 형성한다.

또한, 상기 하부전극(220)의 전기적 신호를 화소단위로 분리시키기 위한 이소 컷팅부(도면상 미도시됨)를 형성한다.

상기와 같은 제조방법으로 이루어지는 액츄에이터(200)는 외부의 제어 시스템으로부터 구동 기판(100)에 내장되어 있는 능동 소자를 통하여 상기 액츄에이터(200)의 상부전극(235)에 전기적 신호가 인가되면 상기 하부전극(220)과 상기 상부전극(235) 사이에 소정 크기의 전위차가 발생되고 이러한 전위차 발생에 의해 상기 변형부(230)는 압전 변형을 나타내며, 이에 의하여 복수개의 액츄에이터(200)가 개별적으로 구동하게 된다.

즉, 반사면으로 작용하는 상기 상부전극(235)의 표면으로 입사된 광원의 백색광은 상기 액츄에이터(200)의 구동에 의하여 변경된 광로를 따라 반사되어서 도시되어 있지 않은 스크린상에 화상을 표시하게 된다.

그런데, 이와같은 종래의 광로조절장치 제조방법에 있어서, 희생층을 제거하기 위한 희생층 제거공정은 습식 또는 기상(Vapror)상태의 식각액을 이용한 식각공정을 통해 제거되는데 구동기판(100)과 멤브레인(210) 사이에 습식시에는 식각용액과 부산물, 기상시에는 부산물 등이 잔류하게 된다.

이와같은 잔류물은 이 후 공정으로 진행되는 건조공정시 구동기판(100)과 멤브레인(210) 사이에 표면 장력이 발생되도록 하여 캔틸레버의 자유단부가 구동 기판(100)을 향하여 휘어지게 하는 스티킹 현상이 발생시키며, 이에 의해서 광로 조절 장치의 성능을 저하시키는 문제를 야기시킨다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 발명한 것으로, 희생층 제거공정시 구동기판과 멤브레인 사이의 부산물 및 잔류물을 신속하게 제거할 수 있도록하여 캔틸레버의 자유 단부가 휘어지는 스티킹 현상을 방지할 수 있는 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 출력단에 드레인 패드를 가지는 능동소자가 내부에 매트릭스 형태로 배열된 구동기판을 형성하는 단계와, 구동기판 상면에 희생층 제거시 발생되는 부산물이 원활하게 흘러나갈 수 있는 가이드 홈을 형성하는 단계와, 가이드 홈이 형성된 구동기판 위에 희생층을 형성하는 단계와, 희생층의 일부를 제거하여 액츄에이터의 지지영역을 형성하는 단계와, 지지영역을 포함하는 희생층 위에 멤브레인을 형성하는 단계와, 멤브레인 위에 하부전극/변형층/상부전극을 순차적으로 형성하는 단계와, 드레인 패드와 하부전극 사이에 비아홀을 형성하여 플러그 메탈을 증착하는 단계와, 상부전극/변형층/하부전극/멤브레인을 픽셀단위로 식각하여 액츄에이터를 형성하는 단계와, 픽셀단위로 분리된 액츄에이터의 경계면 사이를 통해 희생층을 제거하는 단계를 포함한다.

도 1은 종래의 박막형 광로 조절 장치의 단위 픽셀을 도시한 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 구동기판과 액츄에이터를 분리하여 도시한 분리 사시도.

도 3A 내지 3F는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조공정을 보인 공정단면도 및 평면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

100; 구동 기판 110; 실리콘 기판

120; 보호층 130; 식각 스톱층

200; 액츄에이터 105; 패드

205; 플러그 메탈 210; 멤브레인

220; 하부전극 230; 변형부

240; 상부 전극 300; 가이드홈

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 구동기판과 액츄에이터를 분리하여 도시한 분리 사시도이며, 도 3(A) 내지 3(F)는 본 발명에 따른 가이드 홈 형성공정을 포함하는 광로조절장치의 제조공정을 보인 공정단면도 및 평면도이다.

본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법은 반도체 집적 회로 제조 공정에 의하여 복수개의 능동 소자(도시 생략된)가 매트릭스 구조로 내장된 실리콘 기판(110)을 형성하고, 상기 실리콘 기판(110)에 이 후에 수행되는 증착 공정의 고온 분위기 하에서 상기 복수개의 능동 소자가 외부로부터 화학적 또는 물리적 손상을 받는 것을 방지시키기 위하여 고온에서 양호한 유동 특성을 나타내는 PSG 또는 BPSG 재질의 보호층(120)을 증착 공정으로 형성시킨 후 패터닝공정을 이용하여 패시베이션층(120) 상면에 오목한 가이드 홈(300)을 형성한다.

도면상 상기 가이드홈(300)은 후속 공정을 통해 형성되는 캔틸레버 형상을 갖는 액츄에이터(200)의 픽셀을 단위로하여 바둑판 형상으로 형성되는 제 1 가이드홈(300a)과, 상기 제 1 가이드홈(300a) 사이를 다시 분할하여 액츄에이터(200)의 중심부에서 교차되는 제 2 가이드홈(300b)을 형성한 것을 나타내고 있다.

상기 제 2 가이드홈(300b)은 제 1 가이드홈(300a)과 비교하여 가이드홈(300)의 폭 및 깊이가 얕게 형성되도록 하여 제 2 가이드 홈(300b)에 수집된 부산물 및 잔류물이 제 1 가이드 홈(300a)으로 유도될 수 있도록 한다.

이와같이 가이드홈(300)이 형성된 보호층(120) 상면에 불산(HF) 용액에 대한 내식성이 양호한 실리콘 질화물(Si₃N₄) 조성으로 이루어진 식각 스톱층(130)을 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시킨다.

한편, 본 발명의 가이드홈(300)이 도면상 보호층(120)에 형성되는 것을 보이고 있으나, 상기 보호층(120)에 식각 스톱층(130)을 형성한 후 그 위에 형성하는 것도 가능함을 밝혀둔다.

상기 식각 스톱층(130)은 액츄에이터(200)를 캔틸레버 구조로 형성시키기 위한 식각 공정에 의해서 상기 보호층(120)이 식각액에 노출되어 화학적 손상을 입는 것을 방지한다.

이와같은 식각스톱층(130)상에 PSG 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 희생층(도면상 미도시됨)을 스핀 온 코팅 공정 또는 CVD 공정으로 소정두께를 갖도록 적층시킨 후 미세패턴형성 공정에 의하여 능동소자의 패드(105) 상면에 위치하는 식각스톱층(130)이 노출되도록 제거한다.

상기 패턴된 희생층을 통하여 노출된 식각 스톱층(130)을 포함하는 희생층 표면에 절연특성이 양호할 뿐만 아니라 식각액에 대한 내성이 양호한 실리콘 질화물로 이루어진 멤브레인을 CVD 공정으로 소정 두께를 갖도록 증착한다.

한편, 상기 구동 기판(100)의 능동 소자와 전기적으로 연결된 패드(105)가 노출되도록 상기 멤브레인(210)의 일단에 비아홀을 형성한 후 상기 비아홀에 리프트 오프(lift-off)공정으로 도전성 금속을 증착하여 플러그 메탈(205)을 형성한다.

이 후 상기 멤브레인(210)상에 백금(Pt) 또는 탈탄륨(Ta)과 같이 양호한 도전 특성을 나타내는 도전성 금속을 진공증착공정에 의하여 소정 두께로 적층시켜서 하부전극(220)을 형성한다.

상기 하부전극(220)은 플러그 메탈(205)을 통해 구동 기판(100)의 능동 소자와 전기적으로 연결되어 신호 전극의 기능을 갖는다.

한편, 상기 하부전극(220)의 일부를 반응성 이온 식각 공정(R.I.E.)으로 제거하여 하부전극(220)에 유입되는 전기적 신호를 화소 단위로 분리시키기 위한 이소 컷팅부(I.C.)를 형성한다.

이후, 상기 이소 컷팅부(도면상 미도시됨)를 통하여 노출되는 상기 멤브레인(210)의 일부 및 상기 하부전극(220)상에 압전 특성을 나타내는 세라믹 재료를 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시켜서 변형부(230)를 형성한다.

상기 변형부(230)를 구성하는 세라믹 재료는 BaTiO₃, Pb(Zr, Ti)O₃, (Pb, La) (Zr, Ti)O₃조성의 압전 세라믹 또는 Pb(Mg,Nb)O₃조성의 전왜 세라믹으로 이루어져 있고 상기 증착 공정은 스퍼터링 증착 공정 또는 화학 기상 증착 공정 또는 졸-겔 공정에 의하여 형성된다.

상기 변형부(230)상에 PVD공정에 의하여 전기 전도도 특성이 양호할 뿐만 아니라 반사 특성이 양호한 알루미늄(Al) 또는 백금(Pt) 및 티타늄(Ti)과 같은 금속으로 이루어진 상부전극(235)을 소정 두께로 형성시켜 액츄에이터(200)의 구동부를 틸팅시키기 위한 공통 전극으로 작용할 뿐만 아니라 반사 특성을 갖는 반사면으로 작용하도록 한다.

또한, 상기 액츄에이터(200)를 소정 형상으로 형성시키기 위해 상기 복수개의 층들의 일부를 식각 공정으로 패터닝하여 상기 희생층의 일부가 노출되도록 한 후 보호막(도면상 미도시됨)을 형성한다.

상기 보호막은 상기 희생층을 제거할 때 상기 액츄에이터(200)의 측면이 상기 식각 용액에 노출되어서 각 층들이 박리되는 것을 방지시키기 위한 것으로 불산(HF) 용액 또는 기상에 대한 내식성이 양호한 폴리머(Polymer)로 이루어진다.

이후, 상기 희생층은 등방성 식각 특성이 양호하게 나타나는 식각 공정에 의하여 제거되어 캔틸레버 구조를 갖는 액츄에이터가 형성된다.

한편, 이온 밀링(Ion Milling) 공정에 의하여 상기 액츄에이터(200)의 상부전극(235) 상에 소정 두께로 잔존하는 상기 보호막을 부분적으로 제거하여 상기 상부전극(235) 을 노출시켜 액츄에이터(200)의 반사면으로 작동할 수 있게 한다.

따라서 본 발명에 따르면 희생층(250) 제거 공정시 액츄에이터(200)의 스티킹 문제를 유발하는 주요 원인을 제공하는 부산물과 잔류물이 가이드홈(300)을 따라 액츄에이터(200)의 외곽부로 유도된다.

즉, 액츄에이터(200)의 중심부 저면에 위치하는 잔류물 등은 제 2 가이드홈(300b)으로 집중되어 제 2 가이드홈(300b)에 집중된 잔류물은 상대적으로 더 깊게 형성된 제 1 가이드홈(300a)으로 유도되며, 상기 제 1 가이드홈(300a)은 액츄에이터(200)와 이웃하는 액츄에이터 사이에 바둑판 형상으로 형성되어 있으므로 결과적으로 구동기판(100)의 식각스톱층(130)과 액츄에이터(200)의 저면 사이에 잔류하는 부산물은 대부분 제거되어 제 1 가이드홈(300a)에 집중된다.

따라서 후속공정으로 이루어지는 드라이공정시 잔류물이 주로 액츄에이터(200)의 저면이 아닌 주변으로 노출되어 있으므로 용이하게 건조시킬 수 있으며, 액츄에이터(300)의 휨을 최소화하게 된다.

따라서 본 발명에 따르면 습식 식각 공정에 의하여 구동 기판상에 캔틸레버 구조로 형성된 액츄에이터를 구비한 광로 조절 장치를 형성시킬 때 식각공정의 부산물로 인해 액츄에이터의 자유 단부가 상기 구동 기판으로 전곡되는 스티킹 현상을 방지할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.

Claims (4)

1. 출력단에 드레인 패드를 가지는 능동소자가 내부에 매트릭스 형태로 배열된 구동기판을 형성하는 단계와,

   상기 구동기판 상면에 희생층 제거시 발생되는 부산물이 원활하게 흘러나갈 수 있는 가이드 홈을 형성하는 단계와,

   상기 가이드 홈이 형성된 구동기판 위에 희생층을 형성하는 단계와,

   상기 희생층의 일부를 제거하여 액츄에이터의 지지영역을 형성하는 단계와,

   상기 지지영역을 포함하는 희생층 위에 멤브레인을 형성하는 단계와,

   상기 멤브레인 위에 하부전극/변형층/상부전극을 순차적으로 형성하는 단계와,

   상기 드레인 패드와 상기 하부전극 사이에 비아홀을 형성하여 플러그 메탈을 증착하는 단계와,

   상기 상부전극/변형층/하부전극/멤브레인을 픽셀단위로 식각하여 액츄에이터를 형성하는 단계와,

   상기 픽셀단위로 분리된 액츄에이터의 경계면 사이를 통해 상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드홈은 액츄에이터 단위의 바둑판 형상으로 형성되는 제 1 가이드홈과, 상기 제 1 가이드홈 사이를 다시 분할하여 액츄에이터의 중심부에서 교차되는 제 2 가이드홈으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 가이드 홈을 형성하는 단계는 실리콘기판 상에 보호층 적층하고, 상기 보호층 상에 가이드홈을 형성하는 공정과 , 상기 가이드 홈이 형성된 보호층 위에 식각스톱층을 형성하는 공정을 포함하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 가이드 홈을 형성하는 단계는 실리콘기판 상에 보호층 및 식각스톱층을 형성하는 공정과, 상기 식각 스톱층 상에 가이드 홈을 형성하는 공정을 포함하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.