KR100247590B1

KR100247590B1 - 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법

Info

Publication number: KR100247590B1
Application number: KR1019960077167A
Authority: KR
Inventors: 조경화
Original assignee: 전주범; 대우전자주식회사
Priority date: 1996-12-30
Filing date: 1996-12-30
Publication date: 2000-03-15
Also published as: KR19980057864A

Abstract

비어홀을 정확하게 형성하며 그 손상 방지할 수 있는 박막형 광로조절 장치의 제조방법이 개시되어 있다. 트랜지스터가 내장되고 드레인패드를 갖는 액티브매트릭스 상에 멤브레인, 하부전극, 변형층 및 상부전극을 차례로 형성하고, 소정의 화소 형상으로 패터닝하여 액츄에이터를 형성한 후, 액츄에이터의 상부에 포토레지스트를 도포한 후, 포토레지스트를 105~120℃의 온도로 가열하면서, 10~35초 동안 일차로 자외선을 조사하고, 포토레지스트를 145~170℃의 온도로 가열하면서, 40~80초 동안 이차로 자외선을 조사한 다음, 액츄에이터의 일측에 드레인패드와 하부전극을 연결하는 비어컨택을 형성한다. 포토레지스트의 표면에 2회에 걸쳐 자외선을 조사함으로써, 포토레지스트의 표면부위가 친수성으로 변화하며, 따라서 박막, 특히 질화물 멤브레인과의 접착성이 우수하게 되어 정확하게 비어홀 및 비어컨택을 형성할 수 있으며, 희생층을 플루오르화 수소를 사용하여 식각할 때, 보호층의 일부가 함께 식각되어 비어홀 및 비어컨택에 언더 컷이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

Description

박막형 광로조절 장치의 제조방법

본 발명은 박막형 광로조절 장치인 TMA(Thin-film Micromirror Array-actuated)의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액츄에이터에 비어홀을 형성할 때, 포토레지스트(photo resist)에 수회의 자외선 처리를 하여 정확한 형상의 비어홀을 구비하는 박막형 광로조절 장치의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 광속을 조절하여 화상을 형성할 수 있는 광로조절 장치는 크게 두 종류로 구분된다. 그 한 종류는 직시형 화상표시 장치로서 CRT(Cathode Ray Tube)등의 있으며, 다른 한 종류는 투사형 화상표시 장치로서 액정표시 장치(Liquid Crystal Display; LCD), DMD(Deformable Mirror Device) 또는 AMA(Actuated Mirror Array)등이 이에 해당한다. 상기 CRT 장치는 화상의 질은 우수하지만 화면의 대형화에 따라 장치의 중량과 용적이 증가하며 그 제조비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 이에 비하여 액정표시 장치(LCD)는 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성할 수 있어 그 중량 및 용적을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 상기 액정표시 장치(LCD)는 입사되는 광속의 편광으로 인하여 1~2%의 광효율을 가질 정도로 효율이 저하되며, 액정 물질의 응답 속도가 느리고 내부가 과열되기 쉬운 문제점이 있다.

따라서 상기 문제점들을 해결하기 위하여 DMD 또는 AMA 등의 화상표시 장치가 개발되었다. 현재, DMD 장치가 5% 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA 장치는 10% 이상의 광효율을 얻을 수 있다. 또한, AMA 장치는 콘트라스트(contrast)를 향상시켜 보다 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있으며, 입사되는 광속의 극성에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 광속의 극성에 영향을 끼치지도 않는다. 이러한 미합중국 특허 제5,126,836호(issued to Gregory Um)에 개시된 AMA의 엔진 시스템의 개략도를 도 1에 도시하였다.

도 1에 도시한 바와 같이, 광원(1)으로부터 입사된 광속은 제1 슬릿(3) 및 제1 렌즈(5)를 지나면서 R·G·B(Red·Green·Blue) 표색계에 따라 분광된다. 상기 R·G·B 별로 분광된 광속은 각기 제1 거울(7), 제2 거울(9) 및 제3 거울(11)에 의하여 반사되어 각가의 거울에 대응하여 설치된 AMA 소자들(13, 15, 17)로 입사된다. 상기 R·G·B 별로 형성된 AMA 소자들(13, 15, 17)은 각기 내부에 구비된 거울들을 소정의 각도로 경사지게 하여 입사된 광속을 반사시킨다. 이때, 상기 거울은 거울의 하부에 형성된 변형부의 변형에 따라 기울에 된다. 상기 AMA 소자들(13, 15, 17)로부터 반사된 빛은 제2 렌즈(19) 및 제2 슬릿(21)을 통과한 후, 투영렌즈(23)에 의하여 스크린(도시되지 않음)에 투영되어 화상을 맺게 된다.

상기 변형부의 구성 물질로서는 대부분의 경우 산화아연(ZnO)이 사용된다. 그러나, PZT(lead zirconate titanate; Pb(Zr, Ti)O₃)가 산화아연 보다 더 우수한 압전 특성을 가진다는 사실이 근래에 알려져 왔다. 상기 PZT는 PbZrO₃와 PbTiO₃의 완전 고용체(solid solution)로서 고온에서는 결정구조가 입방정(cubic)인 상유전상(paraelectric phase)으로 존재하며, 상온에서는 Zr과 Ti의 조성비에 따라 결정 구조가 사방정(orthorhombic)인 반강유전상(antiferroelectric phase), 능면체정(rhombohedral)인 강유전상(ferroelectric phase) 그리고 정방정(tetragonal)인 강유전상으로 존재한다.

이러한 광로조절 장치인 AMA는 크게 벌크(bulk)형과 박막(thin film)형으로 구분된다. 상기 벌크형 광로조절 장치는 미합중국 특허 제5,085,497호(issued to Gregory Um et al.)에 개시되어 있다. 벌크형 광로조절 장치는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(wafer)를 트랜지스터가 내장된 액티브매트릭스(actrive matrix)상에 장착한 후, 쏘잉(sawing) 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치하여 이루어진다. 그러나 벌크형 광로조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 높은 정밀도가 요구되고 변형부의 응답 속도가 느리다는 문제점이 있다. 이에 따라 반도체 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로조절 장치(TMA)가 개발되었다.

상기 박막형 광로조절 장치(TMA)는 본 출원인이 특허출원한 특허출원 제96-42197호(발명의 명칭 : 멤브레인의 스트레스를 조절할 수 있는 박막형 광로조절장치 및 그 제조방법)에 개시되어 있다.

도 2는 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 3은 도 2에 도시한 장치를 A-A'선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 박막형 광로조절 장치는 M×N(M, N은 정수)개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인(49)이 형성된 액티브매트릭스(41)와 액티브매트릭스(41)의 상부에 형성된 액츄에이터(43)를 포함한다.

상기 액티브매트릭스(41)는 액티브매트릭스(41) 및 드레인(49)의 상부에 적층된 보호층(passivation layer)(51)과 보호층(51)의 상부에 적층된 식각방지층(etch stop layer)(53)을 포함한다.

상기 액츄에이터(43)는 상기 식각방지층(53) 중 아래에 드레인(49)이 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(air gap)(55)을 개재하여 상기 식각방지층(53)과 평행하도록 적층된 단면을 갖는 멤브레인(57), 멤브레인(57)의 상부에 적층된 하부전극(61), 하부전극(61)의 상부에 적층된 변형부(63), 변형부(63)의 상부에 적층된 상부전극(65), 변형부(63)의 타측으로부터 하부전극(61), 멤브레인(57), 식각방지층(53) 및 보호층(51)을 통하여 상기 드레인(49)까지 수직하게 형성된 비어홀(via hole)(68), 그리고 비어홀(68) 내에 상기 하부전극(61)과 드레인(49)이 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어컨택(via contact)(69)을 포함한다.

도 2를 참조하면, 상기 멤브레인(57)의 평면은, 일측이 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성되며, 타측이 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 멤브레인(57)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 오목한 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 멤브레인의 오목한 부분에 끼워지게 된다.

이하 상술한 박막형 광로조절 장치의 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 4a 내지 도 4d는 도 3에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 4a 내지 도 4d에 있어서, 도 3과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.

도 4a를 참조하면, M×N개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인(49)이 형성된 액티브매트릭스(41)의 상부에 인실리케이트유리(Phospho-Silicate Glass; PSG)로 구성된 보호층(51)을 적층한다. 보호층(51)은 화학기상증착(Chemical vapor Deposition; CVD) 방법을 이용하여 0.1~2.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(51)은 후속하는 공정으로부터 액티브매트릭스(41)를 보호한다.

상기 보호층(51)의 상부에는 질화물(nitride)로 구성된 식각방지층(53)이 적층된다. 식각방지층(53)은 저압 화학기상증착(Low Pressure CVD; LPCVD) 방법을 이용하여 1000~2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각방지층(53)은 후속하는 식각공정 동안 보호층(51) 및 액티브매트릭스(41) 등이 식각되는 것을 방지한다. 식각방지층(53)의 상부에는 희생층(sacrificial layer)(56)이 적층된다. 희생층(56)은 인(P)의 농도가 높은 인실리케이트유리(PSG)를 대기압 화학기상증착(Atmospheric Pressure CVD; APCVD) 방법을 이용하여 0.1~2.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한단. 이 경우, 희생층(56)은 트랜지스터가 내장된 액티브매트릭스(41)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(56)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Glass; SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 희생층(56)의 상부에 포토레지스터(photo resist)(도시되지 않음)을 도포한 후, 희생층(56) 중 아래에 드레인(49)이 형성되어 있는 부분을 패터닝하여 식각방지층(53)의 일부를 노출시킨다.

도 4b를 참조하면, 멤브레인(57)은 상기 노출된 식각방지층(53)의 상부 및 희생층(56)의 상부에 0.1~1.0㎛ 정도의 두께로 적층된다. 상기 멤브레인(57)은 실리콘 카바이드를 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법을 이용하여 200~300℃의 온도에서 형성된다. 이 때, 상기 실리콘 카바이드는 액상(liquid) C₆H₁₈Si₂로부터 발생한 실리콘(Si)과 탄소(C)를 증착시켜 제조한다. 또는, 상기 실리콘 카바이드는 SiH₄와 CH₄의 혼합체로부터 발생한 Si와 C를 증착시켜 제조할 수 있다. 계속하여, 멤브레인(57) 내의 스트레스를 조절하기 위하여 600℃ 이하의 온도에서 실리콘 카바이드로 구성된 멤브레인(57)을 열처리한다.

상기 멤브레인(57)의 상부에는 백금(Pt) 또는 탄탈륨(Ta) 등의 금속으로 구성된 하부전극(61)이 적층된다. 하부전극(61)은 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 500~2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 신호전극인 하부전극(61)에는 화상신호가 액티브매트릭스(41)에 내장된 트랜지스터로부터 상기 드레인(49) 및 비어컨택(69)을 통하여 인가된다. 그리고, 하부전극(61)을 각 픽셀(pixel)별로 분리하기 위하여 Iso-Cutting을 한다.

도 4c를 참조하면, 상기 하부전극(61)의 상부에 PZT 또는 PLZT로 구성된 변형부(63)를 형성한다. 변형부(63)는 졸-겔(Sol-Gel)법을 이용하여 0.1~1.0㎛, 바람직하게는 0.4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한 후, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing; RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 변형부(63)는 상부전극(65)과 하부전극(61) 사이에 발생하는 전계에 의하여 변형을 일으킨다. 상부전극(67)은 변형부(63)의 상부에 적층된다. 상부전극(67)은 알루미늄(Al) 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 500~2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 공통전극인 상부전극(57)에는 바이어스 신호가 인가되어 하부전극(61)과 상부전극(57) 사이에 전기장이 발생하게 된다. 또한, 상부전극(57)은 광원으로부터 입사되는 광속을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다. 이어서 포토레지스트(도시되지 않음)를 상부전극(57)이 상부에 도포한 후, 패터닝하여 중앙부에 스트라이프(stripe)(67)를 형성한다. 스트라이프(67)는 상부전극(65)을 균일하게 작동시켜 광원으로부터 입사되는 광속의 난반사를 방지한다.

도 4d를 참조하면, 상부전극(65)을 소정의 형상으로 패터닝한 후, 변형부(63) 및 하부전극(61)을 차례로 패터닝한다. 이 때, 상부전극(65)을 패터닝하는 방법과 같이 변형부(63) 및 상부전극(65)의 상부에 포토레지스트를 도포한 후, 변형부(63)를 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 하부전극(61) 역시 이와 같은 방법으로 소정의 화소 형상으로 패터닝된다. 이어서, 변형부(63)의 타측 상부로부터 드레인(49)의 상부까지 변형부(63), 하부전극(61), 멤브레인(57), 식각방지층(53) 및 보호층(51)을 순차적으로 식각하여 상기 변형부(63)로부터 드레인(49)까지 비어홀(68)을 형성한다. 이 경우에 있어서도, 상기 멤브레인(57)의 상부에 포토 레지스트를 도포한 후, 이를 마스크로 사용하여 변형부(63), 하부전극(61), 멤브레인(57), 식각방지층(53) 및 보호층(51)을 식각하여 비어홀(68)을 형성한다. 계속하여, 텅스텐(W), 백금, 또는 티타늄(Ti) 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인(49)과 하부전극(61)이 전기적으로 연결되도록 비어컨택(69)을 형성한다. 따라서, 비어컨택은(69)은 상기 비어홀(68) 내에서 상기 하부전극(61)으로부터 드레인(49)의 상부까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 화상신호는 액티브매트릭스(41)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인(49) 및 비어컨택(69)을 통하여 하부전극(61)에 인가된다. 그리고, 멤브레인(57)의 상부에 포토레지스트를 도포한 후, 멤브레인(57)을 소정의 화소 형상으로 패터닝하고 희생층(56)을 플루오르화 수소(HF) 증기로 식각하여 에어 갭(55)을 형성한다. 상기와 같이 TMA 소자를 완성한 후, 크롬(Cr), 니켈(Ni) 또는 금(Au) 등의 금속을 스퍼터링 방법 또는 증착(avaporation) 방법을 이용하여 액티브매트릭스(41)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(ohmic contact)(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서, 액티브매트릭스(41) 상부에 포토레지스트(도시하지 않음)를 코팅한 후, 후속하는 공통 전극인 상부전극(65)에 바이어스 신호를 인가하는 동시에 신호전극인 하부전극(61)에 화상신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package) 본딩(bonding)을 대비하여 액티브매트릭스(41)를 자른다. 이 때, 후속되는 공정을 위하여 액티브매트릭스(41)를 소정의 두께까지만 잘라 낸다. 계속하여, TCP 본딩에 요구되는 TMA 패널(panel)의 패드(도시되지 않음)을 노출시키기 위해 TMA 패널의 패드의 상부에 포토레지스트를 형성한 후, 건식 식각 방법을 이용하여 패터닝한다. 상기와 같이 TMA 소자가 형성된 액티브매트릭스(41)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, TMA 패널의 패드와 TCP를 연결하여 TMA 모듈(module)의 제조를 완성하였다.

그러나, 상기 박막형 광로조절 장치의 제조 방법에 있어서, 비어컨택을 형성한 후 포토레지스트 패턴을 식각마스크로 사용하고, 플루오르화 수소(HF)를 사용하여 상기 희생층을 제거할 경우, 포토레지스트와 상기 박막들(특히 질화물 멤브레인)사이의 점착(adhesion)이 불량하여 비어홀 내의 인실리케이트유리(PSG)로 이루어진 보호층이 내부로부터 희생층과 함께 식각되어 언더 컷(under cut)이 발생하며, 이에 따라 비어컨택에 단락이 일어나는 문제점이 있다. 즉, 상부에 포토레지스트가 도포되는 질화물 멤브레인의 화학적 특성이 친수성에 가깝거나 소수성 박막일지라도 여러 차례 후속하는 패터닝 공정 동안 포토레지스트를 제거하면서 염기(base)인 수산화 이온(OH^-)이 공급됨으로 인하여 멤브레인의 표면이 친수성에 가깝게 되면, 고유의 특성이 소수성(hydrophobicity)인 포토레지스트는 상기 친수성 멤브레인과는 점착성이 저하되어 소수성 포토레지스트를 마스크로 하여 패터닝하는 공정에서 언더 컷이 발생하는 것과 같은 문제가 발생하여 정확하게 비어홀을 형성하기 어렵다.

이러한 문제점 때문에, 포토레지스트의 습윤성(wettability)을 증가시키기 위하여 계면 활성제 등을 첨가하지만 이 방법은 사용되는 포토레지스트에 따른 적절한 계면 활성제의 선택뿐만 아니라 계면 활성제의 첨가량에 따라 포토 레지스트의 특성이 변화되므로 이를 정확히 제어하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 포토레지스트를 사용하여 박막의 상부에 소정 형상의 레지스트 패턴을 형성시킨 후, 정확한 형상으로 비어홀을 형성할 수 있는 박막형 광로조절 장치의 제조방법을 제공하는 것이다.

제1도는 종래의 광로조절 장치의 엔진 시스템의 개략도이다.

제2도는 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로조절 장치의 평면도이다.

제3도는 제2도에 도시한 장치를 A-A'선으로 자른 단면도이다.

제4a도 내지 제4d도는 제3도에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

제5도는 본 발명에 따른 박막형 광로조절 장치의 평면도이다.

제6도는 제5도에 도시한 장치를 B-B'선으로 자른 단면도이다.

제7a도 내지 제7g도는 제6도에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 액티브매트릭스 103 : 드레인패드

106 : 보호층 109 : 식각방지층

112 : 제1 희생층 115 : 제1 에어갭

118 : 멤브레인 121 : 하부전극

124 : 변형층 127 : 상부전극

129 : 비어홀 132 : 비어컨택

135 : 액츄에이터 138 : 제2 희생층

141 : 제2 에어갭 143 : 포스트

146 : 거울 160 : 자외선

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, MOS 트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인패드를 갖는 액티브매트릭스를 제공하는 단계; 상기 액티브매트릭스 상에 멤브레인, 하부전극, 변형층 및 상부전극을 차례로 형성하는 단계; 상기 상부전극, 상기 변형층 및 상기 하부전극을 화소 형상으로 패터닝하여 액츄에이터를 형성하는 단계; 상기 액츄에이터의 상부에 포토레지스트를 도포한 후, 상기 포토레지스트를 105~120℃의 온도로 가열하면서, 10~35초 동안 일차로 자외선을 조사하는 단계 및 상기 포토레지스트를 145~170℃의 온도로 가열하면서, 40~80초 동안 이차로 자외선을 조사하는 단계를 포함하는 상기 포토레지스트에 자외선을 조사하는 단계; 그리고 상기 액츄에이터의 일측에 상기 드레인패드와 상기 하부전극을 연결하는 비어컨택을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로조절 장치의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 포토레지스트의 표면에 2회에 걸쳐 자외선을 조사함으로써, 포토레지스트의 표면 부위가 친수성으로 변화하며, 따라서 박막, 특히 질화물 멤브레인과의 접착성이 우수하게 되어 정확하게 비어홀 및 비어컨택을 형성할 수 있다. 그러므로, 희생층을 플루오르화 수소를 사용하여 식각할 때, 보호층의 일부가 함께 식각되어 비어홀 및 비어컨택에 언더 컷이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조로 하여 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조방법을 설명한다.

도 5는 본 발명에 따라 제조된 박막형 광로조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 6은 도 5에 도시한 장치를 B-B'선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로조절 장치는 액티브매트릭스(100)와 액티브매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(135)를 포함한다.

내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장되고 상기 MOS 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 연장되는 드레인패드(drain pad)(103)가 형성된 상기 액티브매트릭스(100)는, 상기 액티브매트릭스(100) 및 드레인패드(103)의 상부에 적층된 보호층(106)과 보호층(106)의 상부에 적층된 식각방지층(109)을 포함한다.

상기 액츄에이터(135)는 상기 식각방지층(109) 중 아래에 드레인패드(103)가 위치한 부분에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어갭(115)을 개재하여 상기 식각방지층(109)에 대하여 수평하게 적층된 멤브레인(118), 멤브레인(118)의 상부에 적층된 하부전극(121), 하부전극(121)의 상부에 적층된 변형층(124), 변형층(124)의 상부에 적층된 상부전극(127), 변형층(124) 중 아래에 드레인패드(103)가 위치한 부분으로부터 하부전극(121), 멤브레인(118), 식각방지층(109) 및 보호층(106)을 통하여 상기 드레인패드(103)까지 수직하게 형성된 비어홀(129), 그리고 비어홀(129)내에 상기 하부전극(121)과 드레인패드(103)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어컨택(132)을 포함한다.

상기 상부전극(127)의 일측 상부에는 포스트(143)가 형성되며, 포스트(143)에 의하여 일측 하부가 지지되며 타측이 제2 에어갭(141)을 개재하여 상부전극(127)과 평행하게 거울(146)이 형성된다.

도 5를 참조하면, 상기 멤브레인(118)의 평면은, 일측이 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성되며, 타측이 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 멤브레인(118)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 오목한 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 멤브레인의 오목한 부분에 끼워지게 된다.

이하 본 발명에 따른 박막형 광로조절 장치의 제조방법을 상세하게 설명한다. 도 7a 내지 도 7g는 도 6에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 7a 내지 도 7f에 있어서, 도 6과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.

도 7a를 참조하면, M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 연장되는 드레인패드(103)가 형성된 액티브매트릭스(100)의 상부에 인실리케이트유리(PSG)로 구성된 보호층(106)을 적층한다. 보호층(106)은 화학기상증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1~1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(106)은 후속하는 공정 동안 트랜지스터가 내장된 액티브매트릭스(100)를 보호한다.

상기 보호층(106)의 상부에는 질화물로 구성된 식각방지층(109)이 적층된다. 식각방지층(109)은 저압 화학기상증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0.1~1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각방지층(109)은 후속하는 식각 공정 동안 보호층(106) 및 액티브매트릭스(100) 등이 식각되는 것을 방지한다. 식각방지층(109)의 상부에는 제1 희생층(112)이 적층된다. 제1 희생층(112)은 인(P)의 농도가 높은 인실리케이트유리(PSG)를 대기압 화학기상증착(Atmospheric Pressure CVD; APCVD) 방법을 이용하여 0.5~2.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 제1 희생층(112)은 트랜지스터가 내장된 액티브매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 제1 희생층(112)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP 방법을 이용하여 평탄화시킨다.

이어서, 제1 희생층(112)의 상부에 제1 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포한 후, 제1 희생층(112) 중 아래로 드레인패드(103)가 위치한 부분을 패터닝하여 상기 식각방지층(109)의 일부를 노출시킨다.

도 7b를 참조하면, 멤브레인(118)은 상기 노출된 식각방지층(109)의 상부 및 제1 희생층(112)의 상부에 0.1~1.0㎛ 정도의 두께로 적층된다. 상기 멤브레인(118)은 질화물을 저압 화학기상증착(LPCVD) 방법을 이용하여 형성된다. 이때, 저압의 반응 용기 내에서 반응 가스의 비(ratio)를 변화시키면서 상기 멤브레인(118)을 형성하여 멤브레인(118) 내의 응력(stress)을 조절한다.

상기 멤브레인(118)의 상부에는 백금, 탄탈륨(Ta) 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta)등의 금속으로 구성된 하부전극(121)이 적층된다. 하부전극(121)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1~1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 신호전극인 하부전극(121)에는 액티브매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 화상신호가 상기 드레인패드(103) 및 후에 형성되는 비어컨택(132)을 통하여 인가된다.

상기 하부전극(121)의 상부에는 PZT 또는 PLZT로 구성된 변형층(124)이 적층된다. 변형층(124)은 졸-겔법, 스퍼터링 방법 또는 화학기상증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1~1.0㎛, 바람직하게는 0.4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한 후, 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 변형층(124)은 후에 형성되는 공통 전극인 상부전극(127)과 신호 전극인 하부전극(121) 사이에 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으킨다.

상부전극(127)은 상기 변형층(124)의 상부에 적층된다. 상부전극(127)은 알루미늄, 은 또는 백금 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1~1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 공통 전극인 상부전극(127)에는 바이어스 신호가 인가되어 하부전극(121)과 상부전극(127) 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부전극(127)과 하부전극(121) 사이의 변형층(124)이 변형을 일으킨다.

이어서, 상기 상부전극(127), 변형층(124) 및 하부전극(121)을 소정의 화소(pixel) 형상으로 패터닝한다. 즉, 상부전극(127)의 상부에 제2 포토레지스터(도시되지 않음)를 도포한 후, 이를 마스크로 하여 상기 상부전극(127)을 화소 형상으로 패터닝한다. 계속하여, 상기 패터닝된 상부전극(127) 및 변형층(124)의 상부에 제3포토레지스트(도시되지 않음)를 도포한 후, 이를 마스크로 하여 변형층(124)이 소정의 화소 형상을 갖도록 패터닝한다. 하부전극(121) 역시 제4 포토레지스트(도시되지 않음)를 상기 패터닝된 변형층(124), 상부전극(127) 및 하부전극(121)의 상부에 도포한 후, 이를 마스크로 하여 화소 형상으로 패터닝된다.

도 7c를 참조하면, 상기와 같이 패터닝된 결과물의 상부에 제5 포토레지스트(150)를 스핀 코팅 방법으로 도포한다. 다음에, 상기 제5 포토레지스트(150)를 프리 베이킹(Pre-Baking) 공정을 거쳐서 통상적인 사진 공정에 의하여 일정한 패턴을 갖는 마스크를 사용하여 노광한 후 현상하여 상기 변형층(124), 하부전극(121), 멤브레인(118), 식각방지층(109) 및 보호층(106)의 식각될 부위를 노출하는 개구부(opening)(155)를 형성한다. 상기 제5 포토레지스트를 사용하여 형성된 제5 포토레지스트 패턴(150)은 유기 물질로 구성되어 있어서 소수성을 갖는다. 이러한 소수성을 갖는 레지스트 패턴은 친수성을 가지는 박막들, 특히 질화물로 구성된 멤브레인(118)과 접착이 매우 불량하다.

다음에, 도 7d를 참조하면, 상기 제5 포토레지스트 패턴(150)을 자외선(160)으로 처리하여 상기 제5 포토레지스터 패턴(150)의 표면 부위의 소수성을 감소시킨다(즉, 친수성을 증가시킨다). 상기와 같이 자외선(160)을 조사함으로써, 상기 제5 포토레지스트 패턴(150)의 내에칭성(etch resistance) 및 접착성(adhesion)을 증가시키고, 제5 포토레지스트 패턴(150) 내의 잔류 용매가 제거된다. 또한, 자외선(160)의 작용에 의해, 고분자 물질로 구성된 제5 포토레지스트 패턴(150)의 표면 부위는 부분적으로 활성화되어 잔류하는 용매 중에 잔류하는 산소 분자와 결합하여 제5 포토레지스트 패턴(150)의 소수성을 감소시키고 친수성을 증가시킨다고 생각된다.

상기 제5 포토레지스트 패턴(150)의 표면상에 자외선(160)을 조사시키기 위한 장비는 상압 체임버(chamber)(도시되지 않음)를 포함한다. 상기 자외선(160) 조사는 상기 액티브매트릭스(100)를 상기 체임버 내의 고온 플레이트(도시되지 않음)의 온도를 1차로 105℃ 내지 120℃의 온도에서, 10초 내지 35초 동안 자외선 조사를 수행한 후, 2차로 온도를 145℃ 내지 170℃의 온도로 상승시켜서, 40초 내지 80초 동안 자외선 조사를 수행한다. 이 때, 자외선(160)은 850W/㎤ 내지 870W/㎤, 바람직하게는 860W/㎤의 High Power에서 80초 동안, 20W/㎤ 내지 30W/㎤, 바람직하게는 25W/㎤의 Low Power에서 5초 동안 조사한다. 상기와 같이, 본 발명의 방법에 따라 제5 포토레지스트 패턴(150)의 표면을 자외선(160)에 노출시킨 경우, 제5 포토레지스트 패턴(150)의 표면 부위가 친수성으로 변화됨에 따라서 질화물 멤브레인(118)과의 접착성이 우수하게 되어 정확하게 비어홀(129) 및 비어컨택(132)을 형성할 수 있다. 그러므로, 후에 제1 희생층(112)을 플루오르화 수소를 사용하여 식각할 때, 보호층(106)이 식각되어 비어홀(129) 및 비어컨택(132)에 언더 컷이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

이어서, 상기 개구부(155)를 통하여 변형층(124)으로부터 하부전극(121), 댐브레인(118), 식각방지층(109) 및 보호층(106)을 식각하여 비어홀(129)을 형성한다.

도 7e를 참조하면, 상기 제5 포토레지스트(150)을 제거한 후, 텅스텐, 백금 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 비어홀(129) 내에 상기 드레인패드(103)와 하부전극(121)이 전기적으로 연결되도록 비어컨택(132)을 형성한다. 따라서, 비어컨택은(132)은 상기 비어홀(129) 내에서 하부전극(121)으로부터 드레인패드(103)의 상부까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 화상 신호는 액티브매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인패드(103) 및 비어컨택(132)을 통하여 하부전극(121)에 인가된다.

이러서, 크롬(Cr), 구리(Cu) 또는 금(Au) 등의 금속을 증착(evaporation) 또는 스퍼터링 방법을 이용하여 액티브매트릭스(100)의 하단에 증착시켜 오믹 컨택(도시되지 않음)을 형성한다. 그리고, 액티브매트릭스(100) 상부에 제6 포토레지스트(도시되지 않음)를 코팅한 후, 후속하는 공통 전극인 상부전극(127)에 바이어스 신호를 인가하는 동시에 신호전극인 하부전극(121)에 화상신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package) 본딩을 대비하여 액티브매트릭스(100)를 자른다. 이때, 후속되는 공정을 위하여 액티브매트릭스(100)를 소정의 정도의 두께까지만 잘라 낸다. 계속하여, TCP 본딩에 요구되는 TMA 패널(panel)의 패드(도시하지 않음)를 노출시키기 위해 TMA 패널의 패드 부위를 건식 식각 방법을 이용하여 식각한다. 그리고, 상기 제1 희생층(112)을 플루오르화 수소 증기로 삭각하여 제1 에어갭(115)을 형성한다.

도 7f를 참조하면, 전술한 바와 같이 제1 에어갭(115)을 형성한 후, 결과물 전면에 제2 희생층(138)을 형성한다. 상기 제2 희생층(138)은 거울(146)의 장착을 용이하게 하고 거울(146)의 수평도를 향상시키는 기능을 수행한다. 상기 제2 희생층(138)은 유동성이 좋은 폴리머 등을 스핀 코팅 방식으로 형성하며, 상기 제1 에어갭(115) 및 비어홀(129)을 완전히 채우면서 상부전극(127)을 기준으로 일정한 두께를 갖도록 도포한다. 이와 같이, 액츄에이터(135)가 형성된 결과물 전면에 제2희생층(138)을 도포하게 되면, 제1 에어갭(115) 및 비어홀(129)에 상기 제2 희생층(138)이 채워지면서 평평한 표면을 형성하게 된다.

이어서, 제7 포토레지스트(도시되지 않음)을 마스크로 이용하여 상기 제2 희생층(138)을 패터닝함으로써, 상기 상부전극(127)의 일측 상부를 노출시킨다. 계속하여, 상기 노출된 상부전극(127)의 상부 및 제2 희생층(138)의 상부에 알루미늄, 은 또는 백금 등의 금속을 0.1~1.0㎛ 정도의 두께로 스퍼터링 한다. 그리고, 상기 스퍼터링된 금속을 패터닝하여 상부전극(127)의 일측 상부에 형성된 포스트(143)와 포스트(143)에 의하여 일측 하부가 지지되며, 타측이 상부전극(127)에 평행하게 장착되는 거울(146)을 형성한다. 거울(146)은 액츄에이터(135)와 함께 소정의 각도로 기울어져 광원으로부터 입사되는 광속을 반사한다.

도 7g를 참조하면, 상기와 같이 거울(146)을 형성한 후, 제2 희생층(138)을 산소 플라즈마(O₂plasma)를 사용하여 제거하고, 헹굼 및 건조 처리를 수행한다. 그 결과, 거울(146)과 상부전극(127) 사이에 제2 에어갭(141)이 형성됨으로써, 상부에 거울(146)이 장착된 완전한 액츄에이터(135)가 완성된다.

상기와 같이 TMA 소자가 형성된 액티브매트릭스(100)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, TMA 패널의 패드와 TCP를 연결하여 TMA 모듈의 제조를 성한다.

본 발명에 따른 광로조절 장치에 있어서, 신호전극인 하부전극(121)에는 화상신호가 인가되며, 공통전극인 상부전극(127)에는 바이어스 신호가 인가되어, 상부전극(127)과 하부전극(121) 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생하게 된다. 이 전기장에 의하여 상부전극(127)과 하부전극(121) 사이의 변형층(124)이 변형을 일으키게 된다. 상기 변형층(124)은 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축한다. 이에 따라, 변형층(124)을 포함하는 액츄에이터(135)가 소정의 각도로 휘어지며, 액츄에이터(135)의 상부전극(127)의 상부에 장착된 거울(146)은 휘어진 상부전극(127)에 의해 그 축이 움직여서 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사한다. 상기 거울(146)에 의하여 반사된 광속은 슬릿을 통하여 스크린에 투영됨으로서 화상을 맺게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로조절 장치의 제조방법에 의하면, 포토레지스트의 표면을 2회에 걸쳐 자외선에 노출시킴으로써, 포토레지스트의 표면 부위가 친수성으로 변화하며, 따라서 박막, 특히 질화물 멤브레인과의 접착성이 우수하게 되어 정확하게 비어홀 및 비어컨택을 형성할 수 있다. 그러므로, 희생층을 플루오르화 수소를 사용하여 식각할 때, 보호층의 일부가 함께 식각되어 비어홀 내에 언더 컷이 발생되는 것을 방지할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영영으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

MOS 트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인패드를 갖는 액티브매트릭스를 제공하는 단계; 상기 액티브매트릭스 상에 멤브레인, 하부전극, 변형층 및 상부전극을 차례로 형성하는 단계; 상기 상부전극, 상기 변형층 및 상기 하부전극을 화소 형상으로 패터닝하여 액츄에이터를 형성하는 단계; 상기 액츄에이터의 상부에 포토레지스트를 도포한 후, 상기 포토레지스트를 105~120℃의 온도로 가열하면서, 10~35초 동안 일차로 자외선을 조사하는 단계 및 상기 포토레지스트를 145~170℃의 온도로 가열하면서, 40~80초 동안 이차로 자외선을 조사하는 단계를 포함하는 상기 포토레지스트에 자외선을 조사하는 단계; 그리고 상기 액츄에이터의 일측에 상기 드레인패드와 상기 하부전극을 연결하는 비어컨택을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로조절 장치의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 포토레지스트에 자외선을 조사하는 단계는, 850~870W/㎤의 High Power에서 80초 동안 및 20W/㎤~30W/㎤의 Low Power에서 5초 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치의 제조방법.