KR100245033B1 - 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막형 광로 조절 장치의 제조방법에 관한 것으로, 종래의 멤브레인 제조공정은 나이트라이드의 조성비가 다른 복수개의 층으로 형성함으로써 미세한 응력구배를 조절하기 어려웠다.

따라서 본 발명은 멤브레인 제조공정시 조성비가 다른 복수개의 층으로 이루어지는 각 층의 두께를 조절하여 멤브레인을 형성하는 방법을 제공함으로써 미세한 응력조절이 가능하도록 한 것이다.

Description

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

본 발명은 박막형 광로조절장치의 제조방법에 관한 것으로, 특히 멤브레인 형성공정시 조성비와 함께 조성비가 다른 층의 두께를 조절하여 액츄에이터의 초기 틸팅(Initail Tilting)을 미세하게 조절할 수 있는 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 변경 시키는 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 1A 내지 1D는 종래의 박막형 광로 조절 장치의 제조방법을 설명하는 단면도도로서, 반도체 집적 회로 제조 공정에 의하여 능동 소자(도면상 미도시됨)가 매트릭스 구조로 형성된 구동기판(10)상에 PSG 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 희생층(Sacrificial Layer ; 20)을 적층한 후 능동소자의 패드(14) 주변이 노출될 수 있으며, 이후 캔틸레버의 지지부를 형성하기 위해 상기 희생층(20)을 소정 형상으로 패터닝한다.

이와같은 패터닝 된 희생층(20)을 갖는 구동기판(10)상에 캔틸레버 구조를 지지하기 위한 멤브레인(30), 구동 기판(10)의 능동 소자와 전기적으로 연결되어 신호 전극의 기능을 갖는 하부전극(40), 압전 특성을 나타내는 변형부(50) 및 공통전극 및 반사면의 기능을 갖는 상부전극(60)을 증착한다.

특히, 질화물(SiN_X)로 이루어지는 상기 멤브레인(30)은 나이트라이드(Nitride)의 조성비를 다르게하여 나이트라이드막 내에 응력구배를 부여한 복수개의 층으로 형성함으로써 멤브레인(130)의 초기 평탄도를 조정한다.

즉, 도 1(A)에 도시된 바와 같이 멤브레인(30)은 조성비가 서로 다른 저층부(30a), 중간층부(30b) 및 상층부(30c)가 순차적으로 증착된다.

한편, 상기 멤브레인(30)의 일단에 콘택홀 형성공정에 의하여 구동 기판(10)의 능동 소자와 전기적으로 연결된 패드(14)가 노출되도록하여 도전성 금속을 리프트 오프(lift-off)공정으로 증착하여 플러그 메탈(33)을 형성한다.

또한, 상기 하부전극(40)의 전기적 신호를 화소단위로 분리시키기 위한 이소 컷팅부(도면상 미도시됨)를 형성한다.

한편, 상기 복수개의 층들의 일부를 식각 공정으로 패터닝하여 희생층(20)의 일부가 노출되도록 한 후 희생층 제거공정을 통하여 캔틸레버 구조를 갖는 액츄에이터를 형성한다.

상기와 같은 제조방법으로 이루어지는 액츄에이터는 외부의 제어 시스템으로부터 구동 기판(10)에 내장되어 있는 능동 소자를 통하여 상기 액츄에이터의 상부전극(235)에 전기적 신호가 인가되면 상기 하부전극(40)과 상기 상부전극(235) 사이에 소정 크기의 전위차가 발생되고 이러한 전위차 발생에 의해 상기 변형부(50)는 압전 변형을 나타내며, 이에 의하여 복수개의 액츄에이터가 개별적으로 구동하게 된다.

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

그런데, 이와같은 종래의 광로조절장치 제조방법에 있어서, 상기 멤브레인 증착 공정 시 상기 멤브레인(30)의 나이트라이드의 조성비를 변화시킬 경우 조성비 변화에 따른 스트레스(Stress)의 변화가 크게 나타나 초기 평탄도(Initail Tilting)의 미세조절이 어려운 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 발명한 것으로, 멤브레인의 스트레스를 효과적으로 조절하여 이후 공정에서 멤브레인 상면에 형성되는 다층 박막의 초기 평탄도를 미세하게 조절할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.

이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 출력단에 드레인 패드를 가지는 능동소자가 내부에 매트릭스 형태로 배열된 구동기판을 형성하는 공정과, 구동기판 위에 희생층을 형성하는 공정과, 희생층의 일부를 제거하여 액츄에이터의 지지영역을 형성하는 공정과, 지지영역을 포함하는 희생층 위에 실리콘 대 나이트라이드의 조성비를 서로 달리하며, 저층부의 실리콘 대 나이트라이드 조성비가 상층부의 실리콘 나이트라이드 조성비보다 작도록 복수층을 형성하여 멤브레인을 형성하는 공정과, 멤브레인 위에 하부전극/ 변형층/상부전극을 순차적으로 형성하는 공정과, 드레인 패드와 하부전극 사이에 비아홀을 형성하여 플러그 메탈을 증착하는 공정과, 상부전극/변형층/하부전극/멤브레인을 픽셀단위로 식각하여 액츄에이터를 형성하는 공정과, 픽셀단위로 분리된 액츄에이터의 경계면 사이를 통해 희생층을 제거하는 공정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 멤브레인을 형성하는 공정은 나이트라이드와 실리콘의 조성비가 4 : 1 정도의 저층부, 5 : 1 정도의 중간층부, 7 : 1 정도의 상층부의 3개의 층으로 형성하며, 저층부의 두께를 조절하여 멤브레인의 초기 평탄도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

도 1A 내지 1D는 종래의 박막형 광로 조절 장치의 제조방법을 설명하는 단면도.

도 2A 내지 2C는 본 발명에 따른 멤브레인 제조방법을 설명하는 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호 설명 >

110; 구동 기판 112; 실리콘 기판

114; 패드 120; 희생층

130; 멤브레인 133; 플러그 메탈

140; 하부전극 150; 변형부

160; 상부 전극

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 2A 내지 2E는 본 발명에 따른 멤브레인 증착 공정을 포함하는 박막형 광로조절장치의 제조방법을 설명하는 단면도를 나타낸다.

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(112)을 형성하고, 상기 실리콘 기판(120)상에 PSG 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 희생층(20)을 스핀 온 코팅 공정 또는 CVD 공정으로 소정두께를 갖도록 적층시킨 후 미세패턴형성 공정에 의하여 능동소자의 패드(114)가 노출되도록 희생층(13)을 제거한다.

상기 패턴된 희생층(120)을 통하여 노출된 패드(114)를 포함하는 희생층(120) 표면에 절연특성이 양호할 뿐만 아니라 식각액에 대한 내성이 양호한 실리콘 질화물로 이루어진 멤브레인(130)을 CVD 공정으로 소정 두께를 갖도록 증착한다.

상기 멤브레인(130)은 도 2A에 도시된 것처럼, 상기 희생층(120) 상면에 소정의 나이트라이드 조성비를 갖는 멤브레인(130)의 저층부(130a), 중간층부(130b) 및 상층부(130c)가 소정의 두께를 갖도록 형성된다.

여기서 상기 저층부(130a)의 나이트라이드와 실리콘의 조성비는 통상적으로 4 : 1 정도의 것이 적당하며, 중간층부(130b)는 5 : 1 그리고 상층부(130c)는 7 : 1을 유지하는 것이 적당하다.

더불어, 이와같은 조성비로 이루어진 멤브레인(130)이 윗방향으로 휘어지는 경우에는 도 2A에 도시된 바와 같이, 저층부(130a)에 인장응력을 부여할 수 있도록 저층부(130a)의 두께(t₁)를 증가시킨다.

또한, 멤브레인(130)이 아랫방향으로 휘어지는 경우에는 도 2B에 도시된 바와 같이, 저층부(130a)의 인장응력을 감소시킬 수 있도록 저층부(130a)의 두께(t₂)를 감소시킨다.

상기 저층부(130a)의 두께조절은 통상의 증착 공정시 증착시간을 조절하여 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 구동 기판(10)의 능동 소자와 전기적으로 연결된 패드(105)가 노출되도록 상기 멤브레인(30)의 일단에 비아홀을 형성한 후 상기 비아홀에 리프트 오프(lift-off)공정으로 도전성 금속을 증착하여 플러그 메탈(133)을 형성한다.

이 후 상기 멤브레인(130)상에 백금(Pt) 또는 탈탄륨(Ta)과 같이 양호한 도전 특성을 나타내는 도전성 금속을 진공증착공정에 의하여 소정 두께로 적층시켜서 하부전극(140)을 형성한다.

상기 하부전극(140)은 플러그 메탈(133)을 통해 구동 기판(110)의 능동 소자와 전기적으로 연결되어 신호 전극의 기능을 갖는다.

한편, 상기 하부전극(140)의 일부를 반응성 이온 식각 공정(R.I.E.)으로 제거하여 하부전극(140)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(130)의 일부 및 상기 하부전극(140)상에 압전 특성을 나타내는 세라믹 재료를 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시켜서 변형부(150)를 형성한다.

상기 변형부(150)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(150)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(160)을 소정 두께로 형성시켜 액츄에이터의 구동부를 틸팅시키기 위한 공통 전극으로 작용할 뿐만 아니라 반사 특성을 갖는 반사면으로 작용하도록 한다.

또한, 상기 액츄에이터를 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 액츄에이터의 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 희생층(120)은 등방성 식각 특성이 양호하게 나타나는 식각 공정에 의하여 제거되어 캔틸레버 구조를 갖는 액츄에이터가 형성된다.

한편, 이온 밀링(Ion Milling) 공정에 의하여 상기 액츄에이터의 상부전극(160) 상에 소정 두께로 잔존하는 상기 보호막을 부분적으로 제거하여 상기 상부전극(160)을 노출시켜 액츄에이터의 반사면으로 작동할 수 있게 한다.

한편, 이와같은 제조방법으로 멤브레인(130)의 두께를 조절한 광로 조절 장치의 액츄에이터는 종래의 나이트라이드의 조성비만을 변화시켜 응력구배를 조절하는 방법과 비교할 때 멤브레인(130)의 초기 평탄도를 미세하게 조절하는데 유리함을 알 수 있었다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 멤브레인의 응력구배를 나이트라이드의 조성비 뿐만 아니라 조성비에 따른 저층부, 중간층부 및 상층부의 두께 비율을 조절함으로써 멤브레인의 초기 평탄도를 미세하게 조절할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 상술한 바람직한 실시예에만 국한되는 것이 아니며, 상술한 바람직한 실시예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범주는 상술한 도면 및 명세서에 의해 정의되는 바와 같은 특허 청구 범위에 의해 해석되어야 한다.

Claims (3)

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

   상기 구동기판 위에 희생층을 형성하는 공정과,

   상기 희생층의 일부를 제거하여 액츄에이터의 지지영역을 형성하는 공정과,

   상기 지지영역을 포함하는 희생층 위에 실리콘 대 나이트라이드의 조성비를 서로 달리하며, 저층부의 실리콘 대 나이트라이드 조성비가 상층부의 실리콘 나이트라이드 조성비보다 작도록 복수층을 형성하여 멤브레인을 형성하는 공정과,

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

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

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

   상기 픽셀단위로 분리된 액츄에이터의 경계면 사이를 통해 상기 희생층을 제거하는 공정을 포함하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 멤브레인을 형성하는 공정은 나이트라이드와 실리콘의 조성비가 4 : 1 정도의 저층부(130a), 5 : 1 정도의 중간층부(130b), 7 : 1 정도의 상층부(130c)의 3개의 층으로 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
3. 제 2항에 있어서, 상기 멤브레인을 형성하는 공정은 나이트라이드와 실리콘의 조성비가 4 : 1 정도의 저층부(130a), 5 : 1 정도의 중간층부(130b), 7 : 1 정도의 상층부(130c)의 3개의 층으로 형성하며, 상기 저층부(130a)의 두께를 조절하여 상기 멤브레인의 초기 평탄도를 조절하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.