KR100248490B1 - 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 장치는, M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드를 포함하는 액티브 매트릭스와 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터를 포함한다. 상기 액츄에이터는, 상기 액티브 매트릭스 및 상기 드레인 패드의 상부에 형성된 지지층, 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 상기 변형층의 상부 일측에 형성된 구동부와 상기 변형층의 상부 타측에 형성된 반사부, 및 상기 구동부 및 상기 반사부를 전기적으로 오픈(open)시키는 스트라이프를 포함하는 상부 전극, 상기 변형층의 일측으로부터 상기 드레인 패드까지 형성된 비어 컨택, 그리고 상기 상부 전극 중 반사부의 일측과 상기 하부 전극의 일측을 연결하는 연결 부재를 갖는 액츄에이터를 포함한다. 본 발명에 따르면, 상부 전극의 일측에 형성된 스트라이프를 중심으로 상부 전극 중 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되지 않는 부분인 반사부의 일측과 하부 전극의 일측을 연결하는 연결 부재를 형성하여 상부 전극 및 하부 전극에 인가된 전류를 용이하게 측정함으로써, 액츄에이터를 구동시키는 변형층의 압전 및 유전 특성을 정확하게 파악하고, 이에 영향을 미치는 공정 변수를 제어하여 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법
본 발명은 AMA(Actuated Mirror Arrays)를 이용한 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 상부 전극과 하부 전극 사이에서 발생하는 전기장을 용이하게 측정하여 액츄에이터를 구동시키는 변형층을 구성하는 압전 물질의 압전 및 유전 특성을 정확하게 파악함으로써, 소자의 제조 공정에 영향을 미치는 공정 변수를 제어하여 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 모듈레이터(spatial light modulator)는 광통신, 화상 처리 및 정보 디스플레이 장치 등에 다양하게 응용될 수 있다. 이러한 장치들은 광원으로부터 입사되는 광속을 스크린에 투영하는 방법에 따라서 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로 구분된다. 직시형 화상 표시 장치로는 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 있으며, 투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display：LCD), DMD(Deformable Mirror Device), 그리고 AMA 등이 있다. 상기 CRT 장치는 화질은 우수하지만 화면의 대형화가 어려운 단점이 있다. 즉, 화면의 크기가 커짐에 따라서 장치의 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 된다. 따라서, 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성할 수 있으며 중량을 가볍게 할 수 있는 액정 표시 장치(LCD)가 개발되었다. 그러나, 액정 표시 장치는 광속의 편광으로 인하여 1∼2％의 광효율을 가질 정도로 효율이 저하되며, 그 내부의 액정 물질의 응답 속도가 느리고, 장치가 과열되기 쉬운 문제점이 있었다. 이에 따라, 상기 문제점들을 해결하기 위하여 DMD 또는 AMA 등의 장치가 개발되었다. 현재, DMD 장치가 약 5％ 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA는 10％ 이상의 광효율을 얻을 수 있다. 또한, AMA는 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트(contrast)를 향상시켜 보다 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있으며, 입사되는 광의 극성에 의해 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 반사되는 광의 극성에 영향을 끼치지 않는다.
이러한 광로 조절 장치인 AMA는 벌크(bulk)형과 박막(thin film)형으로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는 Gregory Um 등에게 허여된 미합중국 특허 제5,085,497호에 개시되어 있다. 벌크형 광로 조절 장치는 다층 세라믹을 얇게 절단하고 내부에 금속 전극을 형성한 세라믹 웨이퍼(ceramic wafer)를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후, 쏘잉(sawing) 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치하여 이루어진다. 그러나, 벌크형 광로 조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되고, 변형부의 응답 속도가 느린 문제점이 있다. 이에 따라, 반도체 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다.
이러한 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 1996년 9월 24일에 특허 출원한 특허출원 제96-42197호(발명의 명칭：멤브레인의 스트레스를 조절할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법)에 개시되어 있다.
도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는, 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(5)가 형성된 액티브 매트릭스(1)와 액티브 매트릭스(1)의 상부에 형성된 액츄에이터(60)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(1)는 액티브 매트릭스(1) 및 드레인 패드(5)의 상부에 적층된 보호층(10)과 보호층(10)의 상부에 적층된 식각 방지층(15)을 포함한다.
상기 액츄에이터(60)는, 상기 식각 방지층(15) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(20)을 개재하여 상기 식각 방지층(15)과 평행하게 형성된 단면을 갖는 멤브레인(25), 멤브레인(25)의 상부에 적층된 하부 전극(30), 하부 전극(30)의 상부에 적층된 변형층(35), 변형층(35)의 상부에 적층된 상부 전극(40), 그리고 변형층(35)의 일측으로부터 하부 전극(30), 멤브레인(25), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 통하여 상기 드레인 패드(5)까지 형성된 비어 홀(45) 내에 상기 하부 전극(30)과 드레인 패드(5)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(50)을 포함한다.
이하 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 3a내지 도 3d에 있어서, 도 2와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 3a를 참조하면, M×N 개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(5)가 형성된 액티브 매트릭스(1)의 상부에 인 실리케이트 유리(Phosphor Silicate Glass : PSG)로 구성된 보호층(10)을 적층한다. 보호층(10)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition：CVD) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 보호층(10)은 후속하는 공정 동안 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)를 보호한다.
상기 보호층(10)의 상부에는 질화물을 사용하여 식각 방지층(15)을 적층한다. 식각 방지층(15)은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD : LPCVD) 방법을 이용하여 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(15)은 후속하는 식각 공정 동안 상기 보호층(10) 및 액티브 매트릭스(1)가 식각되어 손상을 입는 것을 방지한다.
식각 방지층(10)의 상부에는 희생층(17)이 적층된다. 희생층(17)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD : APCVD) 방법을 이용하여 1．0∼3．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(17)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(17)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Glass：SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 희생층(17) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 식각 방지층(15)의 일부를 노출시킨다.
도 3b를 참조하면, 멤브레인층(24)은 상기 노출된 식각 방지층(15)의 상부 및 희생층(17)의 상부에 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 적층된다. 상기 멤브레인층(24)은 실리콘 카바이드(silicon carbide)를 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법을 이용하여 200∼300℃의 온도 하에서 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 실리콘과 탄소를 증착시켜 제조할 수 있다. 계속하여, 멤브레인층(24) 내의 스트레스를 조절하기 위하여 600℃ 이하의 온도에서 실리콘 카바이드로 구성된 멤브레인층(24)을 열처리한다.
상기 멤브레인층(24)의 상부에는 백금(Pt), 또는 탄탈륨(Ta) 등의 금속을 사용하여 하부 전극층(29)이 적층한다. 하부 전극층(29)은 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 하부 전극층(29)은 후에 하부 전극(30)으로 패터닝된다. 계속하여, 하부 전극층(29)을 각각의 화소(pixel)별로 분리하고 하부 전극(30)에 인가되는 신호를 오픈시키기 위하여 상기 하부 전극층(29)을 Iso­Cutting한다.
도 3c를 참조하면, 상기 하부 전극층(29)의 상부에 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질을 사용하여 제1층(34)을 형성한다. 제1층(34)은 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. 제1층(34)은 후에 변형층(35)으로 패터닝된다. 상부 전극층(39)은 제1층(34)의 상부에 적층된다. 상부 전극층(39)은 알루미늄, 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상부 전극층(39)은 후에 상부 전극(40)으로 패터닝된다.
도 3d를 참조하면, 상부 전극층(39)의 상부에 포토 레지스트(도시되지 않음)를 도포한 후, 상부 전극층(39)을 소정의 형상으로 패터닝하여 상부 전극(40)을 형성한다. 상부 전극(40)에는 공통 전극선(도시되지 않음)으로부터 제2 신호(바이어스 신호)가 인가된다. 동시에 상부 전극(40)은 광원(도시되지 않음)으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울의 역할도 수행한다. 상기와 같이 상부 전극층(39)을 패터닝할 때, 상부 전극(40)의 일측에 스트라이프(55)가 함께 형성된다. 스트라이프(55)는 액츄에이터(60)가 변형을 일으킬 때, 상부 전극(40)을 균일하게 휘게하여 광원으로부터 입사되는 광속이 난반사되는 것을 방지한다.
이어서, 상기 제1층(34), 하부 전극층(29)을 상부 전극층(39)을 패터닝하는 방법과 동일한 방법을 사용하여 변형층(35) 및 하부 전극(30)을 형성한다. 하부 전극(30)에는 외부로부터 MOS 트랜지스터를 통하여 제1 신호(화상 신호)가 인가된다. 계속하여, 변형층(35)의 일측으로부터 드레인 패드(5)의 상부까지 변형층(35), 하부 전극(30), 멤브레인층(24), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 순차적으로 식각 함으로써 상기 변형층(35)으로부터 드레인 패드(5)까지 비어 홀(43)을 형성한다. 이어서, 텅스텐(W), 백금, 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인 패드(5)와 하부 전극(30)이 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(50)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택(50)은 비어 홀(45) 내에서 하부 전극(30)으로부터 드레인 패드(5)까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터로부터 전달된 제1 신호는 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(50)을 통하여 하부 전극(30)에 인가된다. 그리고, 상기 멤브레인층(24)을 패터닝하여 멤브레인(25)을 형성한 후, 희생층(17)을 플루오르화 수소(HF) 증기로 식각하고 세정 및 건조하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터로부터 전달된 제1 신호는 드레인 패드(5)와 비어 컨택(50)을 통하여 하부 전극(30)에 인가된다. 또한, 상부 전극(40)에는 제2 신호가 인가되어 상부 전극(40)과 하부 전극(30) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극(40)과 하부 전극(30) 사이에 형성된 변형층(35)이 변형을 일으킨다. 변형층(35)은 상기 전기장에 대하여 수직한 방향으로 변형을 일으키며, 변형층(35)을 포함하는 액츄에이터(60)는 상방으로 휘게 된다. 그러므로 액츄에이터(60) 상부의 상부 전극(40)도 같은 방향으로 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광속은 소정의 각도로 휘어진 상부 전극(40)에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.
상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 액츄에이터를 구동시키는 변형층의 구성 재료인 압전 물질의 압전 특성을 파악하기 위하여, 상부 전극 및 하부 전극에 인가되는 전류를 측정하여 이로부터 발생하는 전기장의 크기를 파악해야 한다. 이 때, 상부 전극은 하나의 공통 전극선을 통하여 연결되어 있으므로, 상부 전극에 인가되는 전류는 상기 공통 전극선에 탐침(probe)을 연결하여 쉽게 측정할 수 있다. 그러나, 하부 전극은 상부 전극 및 변형층의 하부에 형성되어 있으므로 하부 전극에 인가되는 전류를 측정하기 위하여 하부 전극에 직접적으로 프로빙(probing) 하기가 어렵다. 따라서, 변형층의 압전적 및 유전적 특성을 정확히 파악할 수 없으며, 그 결과 소자의 제조 공정에 영향을 미치는 공정 변수를 정확히 파악하지 못하게 되어, 이러한 점이 소자의 성능을 향상시키는 데 제한이 되고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 하부 전극에 인가되는 전류를 용이하게 측정할 수 있도록 상부 전극 중 전류가 인가되지 않는 부분과 하부 전극의 일측을 연결하는 연결 부재를 형성하여 하부 전극의 프로빙이 용이하도록 하여 상부 전극 및 하부 전극에 인가되는 전류를 정확히 측정함으로써, 변형층의 압전 특성 및 유전 특성을 용이하게 파악하고, 이에 영향을 미치는 공정 변수를 제어하여 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 출원인이 선행 출원한 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도이다.
도 6a 내지 도 6d는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100：액티브 매트릭스 110：제1 금속층
115：제1 보호층 120 : 제2 금속층
125 : 제2 보호층 130 : 식각 방지층
135：희생층 140 : 지지층
145 : 하부 전극 150 : 변형층
155：상부 전극 155a : 구동부
155b : 반사부 160：스트라이프
165 : 비어 홀 170：비어 컨택
175 : 연결 부재 180 : 에어 갭
200：액츄에이터
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드를 포함하는 액티브 매트릭스와 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터를 포함하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다. 상기 액츄에이터는, 상기 액티브 매트릭스 및 상기 드레인 패드의 상부에 형성된 지지층, 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 상기 변형층의 상부 일측에 형성된 구동부와 상기 변형층의 상부 타측에 형성된 반사부, 및 상기 구동부 및 상기 반사부를 전기적으로 오픈시키는 스트라이프를 포함하는 상부 전극, ⅴ) 상기 변형층의 일측으로부터 상기 드레인 패드까지 형성된 비어 컨택, 그리고 상기 상부 전극 중 반사부의 일측과 상기 하부 전극의 일측을 연결하는 연결 부재를 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드를 포함하는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계, 그리고 ⅰ) 상기 액티브 매트릭스 및 상기 드레인 패드의 상부에 지지층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 변형층의 상부에 구동부 및 반사부를 포함하는 상부 전극을 형성하는 단계, ⅴ) 상기 변형층의 일측으로부터 상기 드레인 패드까지 비어 컨택을 형성하는 단계, 그리고 ⅵ) 상기 상부 전극 중 반사부의 일측과 상기 하부 전극의 일측을 연결하는 연결 부재를 형성하는 단계를 갖는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택을 통하여 하부 전극에 인가된다. 동시에, 상부 전극에는 외부로부터 제2 신호가 인가되어 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이의 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 상기 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 따라서 변형층을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘어진다. 이 때, 액츄에이터의 상부에 형성된 상부 전극도 액츄에이터와 같은 각도를 가지고 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광은 소정의 각도로 휘어진 상부 전극에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 의하면, 상부 전극의 일측에 형성된 스트라이프를 중심으로 상부 전극 중 제2 신호가 인가되지 않는 반사부의 일측과 하부 전극의 일측을 연결하는 연결 부재를 형성하여 상부 전극 및 하부 전극에 인가된 전류를 용이하게 측정함으로써, 액츄에이터를 구동시키는 변형층의 압전 및 유전 특성을 정확하게 파악하고, 이에 영향을 미치는 공정 변수를 제어하여 소자의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 연결 부재는 전기 전도성 및 반사성이 우수한 금속을 사용하여 형성하므로, 종래의 장치에 비하여 빛을 반사하는 부분의 면적이 넓어지게 되어 광효율을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도를 도시한 것이며, 도 6a 내지 도 6d는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(100)와 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(200)를 포함한다.
내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 상기 액티브 매트릭스(100)는, 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성되며 일측에 외부로부터 인가되는 제1 신호를 전달하기 위한 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층(first metal layer)(110), 제1 금속층(110)의 상부에 형성된 제1 보호층(115), 제1 보호층(115)의 상부에 형성된 제2 금속층(second metal layer)(120), 제2 금속층(120)의 상부에 형성된 제2 보호층(125), 그리고 제2 보호층(125)의 상부에 형성된 식각 방지층(130)을 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(100)는 실리콘(Si) 등의 반도체 기판(semiconductor substrate) 또는 유리나 알루미나(alumina)(Al2O3) 등의 절연 물질로 구성된다. 액티브 매트릭스(100)에는 외부로부터 제1 신호를 인가 받아 스위칭 동작을 수행하는 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있다.
상기 액츄에이터(200)는 일측이 상기 식각 방지층(130) 중 아래에 제1 금속층(110) 중 드레인 패드가 형성된 부분에 접촉되며, 타측이 에어 갭(180)을 개재하여 식각 방지층(130)과 평행하게 형성된 단면을 갖는 지지층(supporting layer)(140), 지지층(140)의 상부에 형성된 하부 전극(145), 하부 전극(145)의 상부에 형성된 변형층(150), 변형층(150)의 상부에 형성된 상부 전극(155), 그리고 상기 변형층(150) 중 아래에 드레인 패드가 형성된 부분으로부터 하부 전극(145), 지지층(140), 식각 방지층(130), 제2 보호층(125) 및 제1 보호층(115)을 통하여 제1 금속층(110) 중 드레인 패드까지 수직하게 형성된 비어 컨택(170)을 포함한다. 상기 상부 전극(155)의 일측에는 상부 전극(155)을 균일하게 작동시켜 입사되는 광속의 난반사를 방지하기 위하여 스트라이프(160)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 상부 전극(155)은 상기 스트라이프(160)에 의하여 제2 신호의 인가에 의하여 구동하는 구동부(155a)와 제2 신호가 인가되지 않는 반사부(155b)로 분리된다. 상기 액츄에이터(200)는 상기 상부 전극(155) 중 반사부(155b)의 일측과 하부 전극(145)의 일측을 연결하기 위한 연결 부재(connecting member)(175)를 포함한다. 따라서, 상기 상부 전극(155) 중 상기 반사부(155b)에는 연결 부재(175)를 통하여 하부 전극(145)에 인가된 제1 신호가 전달된다.
상기 지지층(140)은 질화물 또는 금속 등의 경질(rigid)의 물질을 사용하여 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 하며, 하부 전극(145)은 백금, 탄탈륨, 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 사용하여 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 한다. 변형층(150)은 ZnO, PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질을 사용하여 0. 1∼1. 0㎛, 바람직하게는 0. 4㎛ 정도의 두께를 가지도록 한다. 상부 전극(155)은 백금, 알루미늄, 또는 은 등의 반사성 및 전기 전도성이 우수한 금속으로 이루어지며 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 갖는다. 연결 부재(175)는 상기 상부 전극(155)과 동일한 물질, 즉 백금, 알루미늄, 또는 은 등의 금속으로 이루어지며 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 갖는다. 상기 하부 전극(145)에는 외부로부터 제1 신호가 상기 트랜지스터, 제1 금속층(110)의 드레인 패드, 그리고 비어 컨택(170)을 통하여 인가된다. 상부 전극(155)에는 제2 신호가 인가되어 상부 전극(155)과 하부 전극(145) 사이에 전위차가 발생하며, 이로 인하여 상부 전극(155)과 하부 전극(140) 사이에 전기장이 발생한다. 변형층(150)은 이러한 전기장에 의하여 변형을 일으키며, 변형층(150)을 포함하는 액츄에이터(200)는 변형층(150)의 변형에 따라 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘어진다. 상기 상부 전극(155) 중 상기 스트라이프(160)를 중심으로 제2 신호가 인가되지 않는 부분인 반사부(155b)의 일측은 연결 부재(175)를 통하여 하부 전극(145)의 일측과 연결되어 있으므로, 하부 전극(145)에 인가된 상기 제1 신호가 상기 상부 전극(155)의 반사부(155b)에도 인가된다. 즉, 상기 스트라이프(160)를 중심으로 상부 전극(155)의 반사부(155b)에는 제1 신호가 인가되며, 상부 전극(155)의 타측 부분인 구동부(155a)에는 제2 신호가 인가된다. 따라서, 액츄에이터(200)를 구성하는 변형층(150)의 압전 특성 및 유전 특성을 파악하기 위하여 상부 전극(155) 및 하부 전극(145)에 인가되는 전류를 상기 상부 전극(155)의 구동부(155a) 및 상기 상부 전극(155)의 반사부(155b)에 탐침(probe)을 연결하여 용이하게 측정할 수 있다.
이하 상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다.
도 6a는 액티브 매트릭스(100) 상에 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층(110), 제1 보호층(115), 제2 금속층(120), 제2 보호층(125), 식각 방지층(130) 및 희생층(135)을 차례로 형성한 후, 희생층(135)을 패터닝한 상태를 나타내는 도면이다.
도 6a를 참조하면, 내부에 M×N 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 반도체 기판인 액티브 매트릭스(100)의 상부에 제1 금속층(110)을 형성한다. 제1 금속층(110)은 텅스텐(W), 티타늄 등의 금속으로 구성되며, 상기 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 연장되는 드레인 패드를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(100) 및 제1 금속층(110)의 상부에는 제1 보호층(115)이 적층된다. 제1 보호층(115)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0. 8∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제1 보호층(115)은 후속하는 공정 동안 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호한다.
상기 제1 보호층(115)의 상부에는 제2 금속층(120)이 적층된다. 제2 금속층(120)은 티타늄(Ti)으로 구성된 제1층 및 질화티타늄(TiN)으로 구성된 제2층을 포함한다. 제1층은 티타늄을 스퍼터링 방법을 이용하여 300Å 정도의 두께를 가지도록 형성하며, 제2층은 질화티타늄(TiN)을 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition : PVD) 방법을 이용하여 1200Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 제2 금속층(120)은 광원으로부터 입사되는 광이 반사층인 상부 전극(155) 뿐만 아니라, 상부 전극(155)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(100) 내에 광전류(photo current)가 흘러 소자가 오동작을 일으키는 것을 방지한다. 그리고, 도 6a에 도시한 바와 같이, 후에 형성되는 지지층(140)이 상기 액티브 매트릭스(100) 상에 접촉되는 부분의 일측, 즉 상기 비어 컨택(170)이 형성될 위치를 고려하여 상기 비어 컨택(170) 보다 넓게 상기 제2 금속층(120)의 일부를 식각하여 상기 제1 보호층(115)을 노출시킨다.
상기 노출된 제1 보호층(115) 및 제2 금속층(120)의 상부에는 제2 보호층(125)이 적층된다. 제2 보호층(125)은 상기 제1 보호층(115)을 구성하는 물질과 동일한 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 2000Å 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 제2 보호층(125)은 제1 보호층(115)과 마찬가지로 후속하는 공정 동안 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터가 손상을 입게 되는 것을 방지한다.
상기 제2 보호층(125)의 상부에는 식각 방지층(130)이 적층된다. 식각 방지층(130)은 질화물(nitride)을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(130)은 상기 액티브 매트릭스(100) 및 제2 보호층(125)이 후속되는 식각 공정으로 인하여 식각되어 손상을 입는 것을 방지한다.
식각 방지층(130)의 상부에는 희생층(135)이 적층된다. 희생층(135)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 2．0∼3．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(135)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(135)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP 방법을 이용하여 상기 희생층(135)이 1. 6㎛ 정도의 두께가 되도록 상부를 연마하여 평탄화시킨다. 이어서, 액츄에이터(200)의 지지부가 형성될 위치를 고려하여 상기 희생층(135)을 패터닝함으로써 상기 식각 방지층(130) 중 아래에 제1 보호층(115)이 노출된 부분을 포함하는 부분을 노출시킨다. 즉, 희생층(135)을 패터닝하여 후속하여 형성되는 지지층(140)이 상기 식각 방지층(130)에 접촉되는 부분에 해당하는 식각 방지층(130)의 일부를 노출시킨다.
도 6b는 상부 전극(155), 변형층(150) 및 하부 전극(145)을 형성한 상태를 나타내는 도면이다.
도 6b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(130)의 상부 및 희생층(135)의 상부에 제3층(139)을 적층한다. 제3층(139)은 질화물 또는 금속 등 경질(rigid)의 물질을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제3층(139)은 후에 지지층(140)으로 패터닝된다.
이어서, 전기 전도성이 우수한 금속인 백금, 탄탈륨, 또는 백금-탄탈륨 등의 금속을 사용하여 상기 제3층(139)의 상부에 하부 전극층(144)을 형성한다. 하부 전극층(144)은 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 하부 전극층(144)을 각 화소별로 분리하고, 후에 형성되는 하부 전극(145)에 인가되는 신호를 오픈하기 위하여 하부 전극층(144)에 액츄에이터(200)가 형성되는 방향과 나란한 방향으로 Iso-Cut을 형성한다. 하부 전극층(144)은 후에 하부 전극(145)으로 패터닝된다.
하부 전극층(144)의 상부에는 제4층(149)이 적층된다. 제4층(149)은 ZnO, PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질을 사용하여 0. 1∼1. 0㎛, 바람직하게는 0. 4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제4층(149)은 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 형성한 후, 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 이어서, 제4층(149)을 구성하는 압전 물질을 분극(poling)시킨다. 제4층(149)은 후에 변형층(150)으로 패터닝된다.
상기 제4층(149)의 상부에는 상부 전극층(154)이 적층된다. 상부 전극층(154)은 백금, 알루미늄, 또는 은 등의 전기 전도성 및 반사성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상부 전극층(154)을 패터닝하여 소정의 화소 형상을 갖는 상부 전극(155)을 형성한다. 이 때, 상부 전극(155)의 일측에는 액츄에이터(200)가 변형을 일으킬 때, 상부 전극(155)을 균일하게 작동시켜 광원으로부터 입사되는 광이 난반사되는 것을 방지하기 위하여 스트라이프(160)를 형성한다. 이 때, 상기 상부 전극(155)은 상기 스트라이프(160)를 중심으로 제2 신호의 인가에 의하여 구동하는 구동부(155a)와 제2 신호가 인가되지 않는 반사부(155b)로 분리된다.
계속하여, 상기 상부 전극층(154)을 패터닝한 것과 동일한 방법을 사용하여 상기 제4층(149) 및 하부 전극층(144)을 소정의 화소 형상으로 패터닝하여 변형층(150) 및 하부 전극(145)을 형성한다. 하부 전극(145)에는 외부로부터 상기 트랜지스터 및 제1 금속층(110)의 드레인 패드를 통하여 제1 신호가 인가된다.
도 6c는 비어 컨택(170)을 형성한 후, 지지층(140)을 형성한 상태를 나타내는 도면이다.
도 6c를 참조하면, 상기 변형층(150) 중 아래에 상기 제2 금속층(120)이 개방된 부분으로부터 변형층(150), 하부 전극(145), 지지층(140), 식각 방지층(130), 제2 보호층(125) 및 제1 보호층(115)을 차례로 식각하여 비어 홀(165)을 형성한다. 따라서, 상기 비어 홀(165)은 상기 변형층(150)으로부터 상기 제1 금속층(110)의 드레인 패드의 상부까지 수직하게 형성된다. 이어서, 상기 비어 홀(165)에 상기 변형층(150)으로부터 변형층(150), 하부 전극(145), 제3층(139), 식각 방지층(130), 제2 보호층(125) 및 제1 보호층(115)을 통하여 상기 제1 금속층(110)의 드레인 패드의 상부에 접하도록 비어 컨택(170)을 형성한다. 비어 컨택(170)은 텅스텐(W), 알루미늄, 또는 티타늄(Ti) 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 형성한다. 비어 컨택(170)은 상기 제1 금속층(110)의 드레인 패드와 하부 전극(145)을 전기적으로 연결하도록 형성된다. 따라서, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 제1 금속층(110)의 드레인 패드 및 비어 컨택(170)을 통하여 하부 전극(145)에 인가된다.
계속하여, 상기 제3층(139)을 패터닝하여 지지층(140)을 형성한다.
도 6d는 상부 전극(155)의 반사부(155b)의 일측과 하부 전극(145)의 일측을 연결하는 연결 부재(175)를 형성하고, 희생층(135)을 제거하여 액츄에이터(200)를 완성한 상태를 나타내는 도면이다.
도 6d를 참조하면, 상부 전극(155)의 일측에 형성되어 있는 스트라이프(160)를 중심으로 상부 전극(155)의 반사부(155b)의 일측과 하부 전극(145)의 일측을 연결하여 연결 부재(175)를 형성한다. 연결 부재(175)를 형성하기 위하여, 상기 상부 전극(155)의 상부에 포토 레지스트층(도시되지 않음)을 형성한 후, 상기 포토 레지스트층을 패터닝하여 상부 전극(155) 중 반사부(155b)의 일측과 하부 전극의 일측의 측면이 노출되도록 한다. 이어서, 상부 전극(155)을 형성한 것과 동일한 물질, 예컨대 백금, 알루미늄, 또는 은 등의 금속을 스퍼터링하여 상부 전극(155) 중 반사부(155b)의 일측과 하부 전극(145)의 일측을 연결하는 연결 부재(175)를 형성한 후, 상기 포토 레지스트층을 제거한다. 따라서, 상기 하부 전극(145)에 인가된 제1 신호는 연결 부재(175)를 통하여 상기 상부 전극(155)의 반사부(155b)에도 인가된다. 즉, 상기 스트라이프(160)를 중심으로 상부 전극(155)의 반사부(155b)에는 제1 신호가 인가되며, 상부 전극(155)의 타측부인 구동부(155a)에는 제2 신호가 인가된다. 따라서, 액츄에이터(200)를 구성하는 변형층(150)의 압전 특성 및 유전 특성을 파악하기 위하여, 스트라이프(160)를 중심으로 상부 전극(155)의 구동부(155a) 및 반사부(155b)에 탐침을 연결함으로써 제2 신호 및 제1 신호를 용이하게 측정할 수 있다. 또한, 상기 연결 부재(175)는 상기 비어 컨택(170)을 제조함과 동시에 형성할 수 있다.
계속해서, 플루오르화 수소(HF) 증기를 이용하여 상기 희생층(135)을 식각하여 상기 희생층(135)의 위치에 에어 갭(180)을 형성하여 액츄에이터(200)를 완성한다. 이어서, 남아 있는 식각 용액을 제거하기 위하여 헹굼 및 건조(rinse and dry) 처리를 수행하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 바와 같이 박막형 소자를 제조한 후, 액츄에이터(200)를 구동시키는 변형층(150)의 구성 재료인 압전 물질의 압전 특성 및 유전 특성을 파악하기 위하여, 하부 전극(145)에 인가되는 제1 신호 및 상부 전극(155)에 인가되는 제2 신호를 측정한다. 종래에는 상부 전극은 하나의 공통 전극선에 의하여 연결되어 있으므로, 상부 전극에 인가되는 전류는 공통 전극선에 탐침(probe)을 꽂아 용이하게 측정할 수 있다. 그러나, 하부 전극은 상부 전극 및 변형층의 하부에 형성되어 있으므로 하부 전극에 인가되는 전류를 직접적으로 프로빙(probing) 하기가 어렵다. 이에 비하여 본 발명은, 하부 전극(145)의 일측이 연결 부재(175)를 통하여 상기 상부 전극(155)의 반사부(155b)에 연결되어 있으므로, 하부 전극(145)에 인가되는 전류는 직접 측정할 필요 없이 연결 부재(175)를 통하여 연결된 상부 전극(155)의 반사부(155b)에 탐침을 연결하여 용이하게 측정할 수 있다. 또한, 상부 전극(155)에 인가되는 전류는 상기 상부 전극(155) 중 구동부(155a)에 탐침을 연결하여 측정한다. 이에 의하여, 액츄에이터를 구동시키는 변형층의 구성 재료인 압전 물질의 압전 특성 및 유전 특성을 정확히 파악할 수 있으며, 그 결과 소자의 제조 공정에 영향을 미치는 공정 변수를 정확히 파악하여 소자의 성능을 향상시킬 수 있다. 더욱이, 상기 연결 부재(175)는 전기 전도성 및 반사성이 우수한 금속을 사용하여 형성하므로, 종래의 장치에 비하여 빛을 반사하는 부분의 면적이 넓어지게 되어 광원으로부터 입사되는 광효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 제1 금속층(110)의 드레인 패드 및 비어 컨택(170)을 통하여 하부 전극(145) 및 상부 전극(155)의 반사부(155b)에 인가된다. 동시에, 상부 전극(155)의 타측인 구동부(155a)에는 제2 신호가 인가되어 상부 전극(155)과 하부 전극(145) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극(155)과 하부 전극(145) 사이의 변형층(150)이 변형을 일으킨다. 변형층(150)은 발생한 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축하게 되며, 변형층(150)을 포함하는 액츄에이터(200)는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘어진다. 광을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상부 전극(155)은 변형층(150)과 함께 소정의 각도로 기울어져 광원으로부터 입사되는 광을 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, 상부 전극에 형성된 스트라이프를 중심으로 제2 신호가 인가되지 않는 상부 전극의 반사부의 일측과 하부 전극의 일측을 연결하는 연결 부재를 형성함으로써, 하부 전극에 인가되는 전류를 직접 측정할 필요 없이 연결 부재를 통하여 연결된 상부 전극의 반사부에 탐침을 접촉시켜 상부 전극의 구동부에 인가되는 제2 신호 및 하부 전극에 인가되는 제1 신호를 용이하게 측정할 수 있다. 그러므로, 액츄에이터를 구동시키는 변형층의 구성 재료인 압전 물질의 압전 특성 및 유전 특성을 보다 정밀하게 파악할 수 있다. 따라서, 소자의 제조 공정에 영향을 미치는 공정 변수를 제어하여 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 연결 부재는 전기 전도성 및 반사성이 우수한 금속을 사용하여 형성하므로, 종래의 장치에 비하여 빛을 반사하는 부분의 면적이 넓어지게 되어 광효율을 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

  1. M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드를 포함하는 액티브 매트릭스(100); 그리고 ⅰ) 상기 액티브 매트릭스(100) 및 상기 드레인 패드의 상부에 형성된 지지층(140), ⅱ) 상기 지지층(140)의 상부에 형성된 하부 전극(145), ⅲ) 상기 하부 전극(145)의 상부에 형성된 변형층(150), ⅳ) 상기 변형층(150)의 상부 일측에 형성된 구동부(155a)와 상기 변형층(150)의 상부 타측에 형성된 반사부(155b), 및 상기 구동부(155a) 및 상기 반사부(155b)를 전기적으로 오픈시키는 스트라이프(160)를 포함하는 상부 전극(155), ⅴ) 상기 변형층(150)의 일측으로부터 상기 드레인 패드까지 형성된 비어 컨택(170), 그리고 ⅵ) 상기 상부 전극(155) 중 반사부(155b)의 일측과 상기 하부 전극(145)의 일측을 연결하는 연결 부재(175)를 갖는 액츄에이터(200)를 포함하는 박막형 광로 조절 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부 전극(155) 중 반사부(155b)의 일측과 상기 하부 전극(145)의 일측을 연결하는 연결 부재(175)는, 전기 전도성 및 반사성을 갖는 금속을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전기 전도성 및 반사성을 갖는 금속은 알루미늄, 은, 백금으로 구성된 군으로부터 선택된 어느 하나를 사용하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  4. M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드를 포함하는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 그리고 ⅰ) 상기 액티브 매트릭스 및 상기 드레인 패드의 상부에 지지층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 변형층의 상부에 구동부 및 반사부를 포함하는 상부 전극을 형성하는 단계, ⅴ) 상기 변형층의 일측으로부터 상기 드레인 패드까지 비어 컨택을 형성하는 단계, 그리고 ⅵ) 상기 상부 전극 중 반사부의 일측과 상기 하부 전극의 일측을 연결하는 연결 부재를 형성하는 단계를 갖는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 구동부 및 반사부를 포함하는 상부 전극을 형성하는 단계는, ⅰ) 상기 변형층의 상부에 상부 전극층을 적층하는 단계, ⅱ) 상기 상부 전극층을 화소 단위로 패터닝하여 상부 전극을 형성하는 단계, 및 ⅲ) 상기 상부 전극의 일측을 패터닝하여 스트라이프를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 상부 전극 중 반사부의 일측과 상기 하부 전극의 일측을 연결하는 연결 부재를 형성하는 단계는, 전기 전도성 및 반사성을 갖는 금속을 사용하여 스퍼터링 방법을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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