KR100248493B1 - 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

박막형 광로 조절 장치의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 방법에 따르면, 내부에 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공한다. 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하게 지지층을 형성한다. 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성하고, 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하며, 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성한다. 상기 변형층, 하부 전극 및 지지층을 식각하여 변형층으로부터 상기 드레인 패드까지 비어 홀을 형성한다. 상기 비어 홀을 제외한 결과물 상에 제1 포토레지스트, 제1 금속층 및 제2 포토레지스트로 이루어진 돌출 구조의 패턴을 형성한다. 상기 돌출 구조의 패턴을 이용한 리프트-오프 방법에 의해 제2 금속층으로 이루어진 비어 컨택을 형성함으로써, 액츄에이터를 형성한다. 제1 포토레지스트/ 제1 금속층/ 제2 포토레지스트의 3층 적층 방법에 의하여 확실하게 돌출 구조를 갖는 패턴을 형성함으로써, 금속 펜스없이 비어 컨택을 형성할 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 제조 방법
본 발명은 AMA(Actuated Mirror Array)를 이용한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리프트-오프(lift-off) 방법을 이용하여 비어 컨택을 형성함에 있어서 금속 펜스(metal fence)없이 리프트-오프가 이루어지도록 포토레지스트의 돌출(over-hang) 구조를 형성할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 광로 조절 장치 또는 공간적 광 변조기(spatial light modulator)는 광통신, 화상 처리, 그리고 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시 장치(direct-view image display device)와 투사형 화상 표시 장치(projection-type image display device)로 구분된다.
직시형 화상 표시 장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다. 투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), DMD(Deformable Mirror Device) 및 AMA를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(transmissive spatial light modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기(reflective spatial light modulators)로 분류될 수 있다.
LCD와 같은 전송 광 변조기는 광학적 구조가 매우 간단하므로, 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 빛의 극성으로 인하여 광효율이 낮으며, 액정 재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답 속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광 변조기의 최대 광효율은 1 내지 2 % 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다. 따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 DMD 및 AMA와 같은 광 변조기가 개발되었다.
DMD는 5％ 정도의 비교적 양호한 광효율을 나타내지만, DMD에 채용된 힌지 구조물에 의해서 심각한 피로 문제가 발생할 뿐만 아니라, 매우 복잡하고 값비싼 구동 회로가 요구된다는 단점이 있다. AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사된 빛이 슬릿(slit)이나 핀홀(pinhole)과 같은 개구(aperture)를 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서, 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD나 DMD에 비해 높은 광효율(10% 이상의 광효율)을 얻을 수 있다. 또한, 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트(contrast)가 향상되어 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있다.
AMA의 각 액츄에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 신호에 의하여 발생되는 전기장에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액츄에이터가 변형을 일으킬 때 그 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서, 상기 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시켜 스크린 상에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 상기 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O3) 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 등의 압전 물질이 이용된다. 또한, PMN(Pb(Mg, Nb)O3) 등의 전왜 물질로서 상기 액츄에이터를 구성할 수도 있다.
이러한 AMA 장치는 크게 벌크형(bulk type)과 박막형(thin film type)으로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는 Gregory Um 등에게 허여된 미합중국 특허 제5,085,497호에 개시되어 있다. 벌크형 광로 조절 장치는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후, 쏘잉 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치함으로써 이루어진다. 그러나, 벌크형 광로 조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되며, 변형층의 응답이 느리다는 단점이 있다.
이에 따라, 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다. 상기 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 1996년 9월 24일 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허 출원 제96-42197호(발명의 명칭: 멤브레인의 스트레스를 조절할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법)에 개시되어 있다.
도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(1) 및 액츄에이터(60)를 포함한다. 그 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장되고 일측 표면에 드레인 패드(5)가 형성된 액티브 매트릭스(1)는, 상기 액티브 매트릭스(1) 및 드레인 패드(5)의 상부에 적층된 보호층(10)과 보호층(10)의 상부에 적층된 식각 방지층(15)을 포함한다.
액츄에이터(60)는 상기 식각 방지층(15) 중에서 그 아래에 드레인 패드(5)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(25)을 개재하여 상기 식각 방지층(15)과 평행하게 형성된 단면을 갖는 멤브레인(30), 멤브레인(30)의 상부에 적층된 하부 전극(35), 하부 전극(35)의 상부에 적층된 변형층(40), 변형층(40)의 상부에 적층된 상부 전극(45), 그리고 상기 변형층(40)의 일측으로부터 하부 전극(35), 멤브레인(30), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 통하여 상기 드레인 패드(5)까지 수직하게 형성된 비어 홀(50) 내에 하부 전극(35)과 드레인 패드(5)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(55)을 포함한다. 상기 상부 전극(45)의 일측에는 스트라이프(46)가 형성된다. 상기 스트라이프(46)는 상부 전극(45)을 균일하게 작동시켜 광원으로부터 입사되는 빛의 난반사를 방지한다.
이하 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도 2a 내지 2d를 참조하여 설명한다.
도 2a를 참조하면, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 그 일측 상부에 드레인 패드(5)가 형성된 액티브 매트릭스(1) 상에 인 실리케이트 유리(Phosphor-Silicate Glass : PSG)로 구성된 보호층(10)을 형성한다. 상기 보호층(10)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 방법을 이용하여 1．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상기 보호층(10)은 후속 공정으로부터 액티브 매트릭스(1)를 보호한다.
상기 보호층(10) 상에는 질화물로 이루어진 식각 방지층(15)이 형성된다. 상기 식각 방지층(15)은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD : LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상기 식각 방지층(15)은 후속하는 식각 공정 동안에 보호층(19) 및 액티브 매트릭스(1)가 식각되는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(15) 상에는 희생층(20)이 형성된다. 희생층(20)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 갖도록 형성한다. 이 경우, 희생층(20)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)의 상부를 덮고 있으므로, 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(20)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin-On Glass : SOG)를 사용하는 방법 또는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 상기 희생층(20) 중 그 아래에 드레인 패드(5)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(15)의 일부를 노출시킴으로써 액츄에이터(60)의 지지부가 형성될 위치를 만든다.
도 2b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(15) 및 희생층(20)의 상부에 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 멤브레인(30)을 형성한다. 멤브레인(30)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 형성한다. 이때, 저압의 반응 용기 내에서 반응 가스의 비(ratio)를 변화시키면서 멤브레인(30)을 형성함으로써, 멤브레인(30) 내의 응력(stress)을 조절한다.
상기 멤브레인(30) 상에는 백금(Pt) 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 금속으로 구성된 하부 전극(35)이 형성된다. 하부 전극(35)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 이어서, 상기 하부 전극(35)을 식각하여 각 화소(pixel)별로 하부 전극(35)을 분리시킴으로써 각각의 화소들에 독자적인 제1 신호(화상 신호)가 인가되도록 한다(Iso-Cut 식각 공정).
상기 하부 전극(35) 상에는 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질로 구성된 변형층(40)이 형성된다. 변형층(40)은 졸-겔(sol-gel)법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한 후, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing : RTA) 방법으로 상변이시킨다. 상기 변형층(40)은 상부 전극(45)과 하부 전극(35) 사이에 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으킨다.
상부 전극(45)은 변형층(40)의 상부에 형성된다. 상부 전극(45)은 알루미늄 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상부 전극(45)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 제2 신호(바이어스 신호)가 인가된다. 또한, 상기 상부 전극(45)은 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다.
도 2c를 참조하면, 상기 상부 전극(45)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 이때, 상기 상부 전극(45)의 일측에 스트라이프(46)가 형성되도록 패터닝한다. 계속해서, 상기 변형층(40) 및 하부 전극(35)을 순차적으로 소정의 화소 형상으로 패터닝한 후, 변형층(40)의 일측 상부로부터 드레인 패드(5)의 상부까지 변형층(40), 하부 전극(35), 멤브레인(30), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 순차적으로 식각함으로써 비어 홀(50)을 형성한다. 이어서, 상기 결과물 전면에 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포한 후, 상기 포토레지스트를 MCB 처리하고 노광 및 현상한다. 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 MCB 처리가 된 부분(점선으로 표시함)에서는 포토레지스트의 현상이 느리게 진행되기 때문에, 포토레지스트의 돌출 구조가 형성된다.
이어서, 상기 결과물 상에 텅스텐, 백금 또는 티타늄 등의 금속(52)을 스퍼터링 방법으로 증착한 후, 리프트-오프를 실시함으로써 상기 드레인 패드(5)와 하부 전극(35)을 전기적으로 연결시키는 비어 컨택(55)을 형성한다. 상기 비어 컨택(55)은 비어 홀(50) 내에서 하부 전극(35)으로부터 드레인 패드(5)의 상부까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호(화상 신호)는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(55)을 통하여 하부 전극(10)에 인가된다.
도 2d를 참조하면, 상기 비어 컨택(55)이 형성된 결과물 전면에 포토레지스트층(도시하지 않음)을 도포하고 이를 패터닝하여 상기 멤브레인(30)을 노출시킨다. 이어서, 상기 포토레지스트층을 식각 마스크로 사용하여 상기 멤브레인(30)을 이방성 식각함으로써 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 계속해서, 상기 포토레지스트층을 식각 마스크로 사용하여 플루오르화 수소(HF) 증기에 의해 상기 희생층(20)을 등방성 식각함으로써 에어 갭(59)을 형성한 후, 세정 및 건조 처리를 수행하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 제1 신호(화상 신호)는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 MOS 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(55)을 통하여 신호 전극인 하부 전극(35)에 인가된다. 또한, 상부 전극(45)에는 공통 전극선을 통하여 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되어 상부 전극(45)과 하부 전극(35) 사이에 전기장이 발생한다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(45)과 하부 전극(35) 사이에 적층되어 있는 변형층(40)이 변형을 일으킨다. 변형층(40)은 상기 전기장에 대하여 수직인 방향으로 수축하며, 변형층(40)을 포함하는 액츄에이터(60)는 멤브레인(30)이 형성되어 있는 방향의 반대 방향으로 휘어진다. 따라서, 액츄에이터(60) 상부의 상부 전극(45)도 같은 방향으로 경사진다. 광원으로부터 입사되는 빛은 상부 전극(45)에 의해 소정의 각도로 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.
그러나, 상술한 박막형 광로 조절 장치에서는 금속을 리프트-오프 방법을 이용하여 비어 컨택을 형성할 때 금속 펜스가 형성되어 상부 전극과 하부 전극과의 전기적 단락(short)을 발생시키는 문제가 있다.
도 3a 내지 도 3c는 상술한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 있어서 비어 컨택 형성 시의 문제점을 설명하기 위한 단면도들로서, 비어 컨택 부위를 확대 도시한 것이다.
도 3a는 비어 홀(50)이 형성된 결과물 전면에 포토레지스트(51)를 도포하는 단계를 도시한다. 이때, 상기 비어 홀(50)의 종횡비(aspect ratio)가 크기 때문에 비어 홀(50) 내부의 포토레지스트(51) 두께가 두꺼워지게 된다. 도 3b는 상기 포토레지스트(51)를 MCB 처리하고 노광 및 현상하여 포토레지스트의 돌출 구조를 형성한 후, 상기 결과물 상에 텅스텐, 백금 또는 티타늄 등의 금속(52)을 스퍼터링 방법으로 증착하는 단계를 도시한다. 여기서, 상기 비어 홀(50) 내부에서 포토레지스트(51)의 두께가 두껍기 때문에, 상기 포토레지스트(51)를 과도 현상(over develop)하여야 하므로 결과적으로 포토레지스트의 돌출 구조(점선으로 표시됨)가 제대로 형성되지 못한다. 이에 따라, 상기 금속(52)이 상기 포토레지스트(51)의 측벽이나 말단(tail) 부분에도 증착되게 된다.
도 3c는 상기 금속(52)을 리프트-오프하여 비어 컨택(55)을 형성하는 단계를 도시한다. 이때, 상기 포토레지스트(51)의 측벽이나 말단 부분에 존재하는 금속이 그대로 남아 있게 되어 금속 펜스(52a)를 형성하게 된다. 이와 같은 금속 펜스(52a)는 상부 전극(45) 및 하부 전극(35) 간의 전기적 단락(short)의 원인이 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 리프트-오프 방법을 이용하여 비어 컨택을 형성함에 있어서 금속 펜스없이 리프트-오프가 이루어지도록 포토레지스트의 돌출 구조를 정확하게 형성할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 단면도이다.
도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시한 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 3a 내지 도 3c는 도 2의 제조 방법에 있어서 비어 컨택 형성 시의 문제점을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시한 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7a 내지 도 7e는 도 6d의 점선 부분을 확대 도시한 것으로, 비어 컨택을 형성하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
131 : 액티브 매트릭스 133 : 액츄에이터
135 : 드레인 패드 137 : 보호층
139 : 식각 방지층 141 : 희생층
143 : 지지층 145 : 하부 전극
147 : 변형층 149 : 상부 전극
151 : 스트라이프 153 : 비어 홀
155 : 비어 컨택 157 : 에어 갭
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 그리고 상기 액티브 매트릭스의 상부에, i) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하게 지지층을 형성하는 단계, ii) 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, iii) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, iv) 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계, v) 상기 변형층, 하부 전극 및 지지층을 식각하여 상기 변형층으로부터 상기 드레인 패드까지 수직하게 비어 홀을 형성하는 단계, vi) 상기 비어 홀을 제외한 결과물 상에 제1 포토레지스트, 제1 금속층 및 제2 포토레지스트로 이루어진 돌출 구조의 패턴을 형성하는 단계, 및 vii) 상기 돌출 구조의 패턴을 이용한 리프트-오프 방법에 의해 제2 금속층으로 이루어진 비어 컨택을 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 신호(화상 신호)는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택을 통해 신호 전극인 하부 전극에 인가된다. 동시에, 상부 전극에는 외부로부터 공통 전극선을 통해 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되어 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이의 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 상기 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 변형층을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도로 휘게 된다. 빛을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상부 전극은 액츄에이터의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터와 함께 경사진다. 이에 따라서, 상부 전극은 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 빛은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, 제1 포토레지스트/ 제1 금속층/ 제2 포토레지스트의 3층 적층 구조를 형성하여 돌출 구조의 패턴을 만든다. 즉, 변형층, 하부 전극 및 지지층을 식각하여 변형층으로부터 드레인 패드까지 수직하게 비어 홀을 형성한 후, 결과물 전면에 제1 포토레지스트를 도포한다. 이어서, 상기 제1 포토레지스트를 전면 노광시킨 후, 그 위에 제1 금속층을 증착한다. 계속해서, 상기 제1 금속층 상에 제2 포토레지스트를 도포한 후 이를 노광 및 현상하여 제2 포토레지스트로 이루어진 마스크 패턴을 형성한다. 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 제1 금속층을 식각한 후, 노출된 제1 포토레지스트를 현상한다. 이때, 상기 제1 포토레지스트는 이미 전면 노광되어진 상태이므로, 식각된 제1 금속층의 측면보다 더 안쪽으로 현상된다. 따라서, 제2 포토레지스트의 마스크 패턴, 식각된 제1 금속층 및 현상된 제1 포토레지스트는 확실한 돌출 구조의 패턴을 형성하게 된다. 이어서, 상기 결과물 상에 제2 금속층을 증착한 후 리프트-오프 공정을 실시하면, 돌출 구조의 패턴에 의해 상기 비어 홀 내부에만 제2 금속층이 남게 되어 비어 컨택이 형성된다. 따라서, 상기 돌출 구조를 갖는 패턴의 측벽이나 말단 부분에는 제2 금속층이 남아 있지 않으므로, 금속 펜스없이 비어 컨택을 형성하여 상부 전극과 하부 전극 사이의 전기적인 단락을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이고, 도 5는 도 4에 도시한 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(131) 및 상기 액티브 매트릭스(131)의 상부에 형성된 액츄에이터(133)를 포함한다. 그 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장되고 일측 표면에 드레인 패드(135)가 형성된 액티브 매트릭스(131)는, 상기 액티브 매트릭스(131) 및 드레인 패드(135)의 상부에 형성된 보호층(137) 및 보호층(137)의 상부에 형성된 식각 방지층(139)을 포함한다.
상기 액츄에이터(133)는, 상기 식각 방지층(139) 중에서 그 아래에 드레인 패드(135)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(157)을 개재하여 상기 식각 방지층(139)과 평행하게 형성된 단면을 갖는 지지층(143), 지지층(143)의 상부에 형성된 하부 전극(145), 하부 전극(145)의 상부에 형성된 변형층(147), 변형층(147)의 상부에 형성된 상부 전극(149), 그리고 상기 변형층(147)의 일측으로부터 하부 전극(145), 지지층(143), 식각 방지층(139) 및 보호층(137)을 통하여 상기 드레인 패드(135)까지 수직하게 형성된 비어 홀(153) 내에 하부 전극(145)과 드레인 패드(135)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(155)을 포함한다. 상기 상부 전극(149)의 일측에는 스트라이프(151)가 형성된다. 상기 스트라이프(151)는 상부 전극(149)을 균일하게 작동시켜 광원으로부터 입사되는 빛이 난반사되는 것을 방지한다
또한, 도 4를 참조하면 상기 지지층(143)의 평면은 그 일측이 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 상기 멤브레인(143)의 평면의 타측은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 갖는다. 그러므로, 상기 지지층(143)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 지지층의 돌출부가 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분에 끼워지게 된다. 상기 지지층(143)은 선행 출원에 기재된 액츄에이터를 지지하는 멤브레인의 역할을 수행한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시한 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다. 도 6a 내지 도 6e에 있어서, 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 6a를 참조하면, M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 그 일측 상부에 드레인 패드(135)가 형성된 액티브 매트릭스(131) 상에 보호층(137)을 형성한다. 상기 액티브 매트릭스(131)는 실리콘 등의 반도체로 이루어지거나 유리 또는 알루미나(Al2O3) 등의 절연 물질로 구성된다. 상기 보호층(137)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상기 보호층(137)은 후속 공정 동안 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(131)가 손상되는 것을 방지한다.
상기 보호층(137)의 상부에는 식각 방지층(139)이 형성된다. 식각 방지층(139)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상기 식각 방지층(139)은 후속하는 식각 공정 동안에 보호층(137) 및 액티브 매트릭스(131)가 식각되어 손상을 입는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(139)의 상부에는 희생층(141)이 형성된다. 희생층(141)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법을 이용하여 1.0∼3.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 이 경우, 희생층(141)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(131)의 상부를 덮고 있으므로, 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(141)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법 또는 화학 기계적 연마(CMP) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 상기 희생층(141) 중 그 아래에 드레인 패드(135)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(139)의 일부를 노출시킴으로써 액츄에이터(133)의 지지부가 형성될 위치를 만든다.
도 6b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(139) 및 희생층(141)의 상부에 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 갖는 지지층(143)을 형성한다. 지지층(143)은 질화물 또는 금속 등의 경질(rigid)의 물질을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 형성한다. 이때, 저압의 반응 용기 내에서 반응 가스의 비를 변화시키면서 지지층(143)을 형성함으로써, 지지층(143) 내의 응력 분포를 조절한다.
도 6c를 참조하면, 상기 지지층(143) 상에 백금, 탄탈륨 또는 백금-탄탈륨 등의 금속으로 구성된 하부 전극(145)을 형성한다. 상기 하부 전극(145)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 하부 전극(145)에는 외부로부터 액티브 매트릭스(131)에 내장된 트랜지스터 및 드레인 패드(135)를 통하여 제1 신호(화상 신호)가 인가된다. 계속하여, 각각의 화소들에 독립적인 제1 신호를 인가하기 위하여 식각 공정을 통해 상기 하부 전극(145)을 액츄에이터(133)가 형성되는 방향과 나란한 방향으로 분리하기 위하여 Iso-Cutting을 수행한다.
이어서, 상기 하부 전극(145) 상에 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질을 사용하여 변형층(147)을 형성한다. 변형층(147)은 졸-겔법, 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한 후, 급속 열처리(RTA) 방법으로 상변이시킨다. 상기 변형층(147)은 상부 전극(149)에 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되고 하부 전극(145)에 제1 신호(화상 신호)가 인가되어 상부 전극(149)과 하부 전극(145) 사이에서 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으킨다.
이어서, 상부 전극(149)을 변형층(147)의 일측에 형성한다. 상부 전극(149)은 알루미늄(Al), 은(Ag) 또는 백금(Pt) 등의 전기 전도성 및 반사성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상부 전극(149)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 제2 신호가 인가되며, 동시에 상부 전극(149)은 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하여 스크린에 투영시키는 거울의 기능도 함께 수행한다.
다음에, 상기 상부 전극(149), 변형층(147) 및 하부 전극(145)을 순차적으로 소정의 화소 형상을 갖도록 패터닝한다. 즉, 상부 전극(149) 위에 식각될 재료에 대해서 내성을 갖는 포토레지스트층(도시되지 않음)을 형성한 후, 상기 상부 전극(149)을 패터닝한다. 이때, 상기 상부 전극(149)의 일측에 상부 전극(149)을 균일하게 동작시켜 광원으로부터 입사되는 빛이 난반사되는 것을 방지하는 스트라이프(151)가 형성되도록 상부 전극(149)을 패터닝한다. 이어서, 상기 패터닝된 상부 전극(149)과 변형층(147)의 상부에 다시 포토레지스트 보호층(도시되지 않음)을 형성한 후, 상기 변형층(147)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 이와 같은 방식으로 하부 전극(145) 역시 소정의 화소 형상으로 패터닝한다.
도 6d를 참조하면, 사진 식각 공정을 이용하여 상기 변형층(147) 중에서 그 아래에 드레인 패드(135)가 형성되어 있는 부분으로부터 상기 드레인 패드(135)의 상부까지 변형층(147), 하부 전극(145), 지지층(143), 식각 방지층(139) 및 보호층(137)을 순차적으로 식각함으로써 비어 홀(153)을 형성한다. 이어서, 텅스텐, 탄탈륨, 또는 백금 등의 금속을 리프트-오프 방법을 이용하여 하부 전극(145)과 드레인 패드(135)를 전기적으로 연결시키는 비어 컨택(155)을 형성한다.
이하, 상기 비어 컨택(155)을 형성하는 방법을 도 7a 내지 도 7e를 참조하여 상세하게 설명한다. 여기서, 도 7a 내지 도 7e는 도 6d의 점선 부분을 확대 도시한 것이다.
도 7a를 참조하면, 상기 비어 홀(153)이 형성된 결과물 전면에 제1 포토레지스트(160)를 도포한다. 상기 제1 포토레지스트(160)를 전면 노광시킨 후, 그 위에 텅스텐, 백금 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법으로 증착하여 제1 금속층(162)을 형성한다. 도 7b를 참조하면, 상기 제1 금속층(162) 상에 제2 포토레지스트를 도포한 후 이를 노광 및 현상하여 제2 포토레지스트로 이루어진 마스크 패턴(164)을 형성한다. 이어서, 상기 마스크 패턴(164)을 식각 마스크로 이용하여 상기 제1 금속층(162)을 식각한다. 도 7c를 참조하면, 식각된 제1 금속층(162)에 의해 노출되어진 제1 포토레지스트(160)를 현상한다. 이때, 상기 제1 포토레지스트(160)는 이미 전면 노광되어진 상태이므로, 도시된 바와 같이 식각된 제1 금속층(162)의 측면보다 더 안쪽으로 현상된다. 따라서, 제2 포토레지스트의 마스크 패턴(164), 식각된 제1 금속층(162) 및 현상된 제1 포토레지스트(160)는 확실한 돌출 구조의 패턴을 형성하게 된다. 도 7d를 참조하면, 상기 돌출 구조의 패턴이 형성된 결과물 상에 텅스텐, 백금 또는 탄탈륨 등의 금속을 스퍼터링 방법으로 증착하여 제2 금속층(166)을 형성한다. 도 7e를 참조하면, 리프트-오프를 실시하여 하부 전극(145)과 드레인 패드(135)를 전기적으로 연결시키는 비어 컨택(155)을 형성한다. 즉, 상기 비어 컨택(155)은 상기 비어 홀(153)의 내부에 존재하는 제2 금속층(166)으로 이루어진다. 이때, 이전 단계에서 확실한 돌출 구조의 패턴이 형성되었기 때문에, 상기 돌출 구조를 갖는 패턴의 측벽 또는 말단 부분에는 제2 금속층(166)이 남아 있지 않아 금속 펜스가 만들어지지 않는다. 여기서, 외부로부터 인가된 제1 신호(화상 신호)는 액티브 매트릭스(131)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(135) 및 비어 컨택(155)을 통하여 하부 전극(145)에 인가된다.
이어서, 도 6e를 참조하면, 상기 상부 전극(149), 변형층(147) 및 하부 전극(145)의 노출된 표면을 덮도록 포토레지스트 보호층(도시되지 않음)을 형성한 후, 이를 식각 마스크로 하여 상기 지지층(143)을 소정의 화소 형상으로 식각한다.
계속해서, 상기 포토레지스트 보호층을 식각 마스크로 하여 상기 희생층(141)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 이용하여 식각함으로써 에어 갭(157)을 형성한 후, 세정 및 건조 처리를 수행하여 박막형 AMA 소자를 완성한다.
상술한 바와 같이 M×N 개의 박막형 AMA 소자를 완성한 후, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 또는 금(Au) 등의 금속을 스퍼터링 방법 또는 증착(evaporation) 방법에 의해 상기 액티브 매트릭스(131)의 하단에 증착하여 오믹 컨택(ohmic contact)(도시되지 않음)을 형성한다. 다음에, 상부 전극(149)에 제2 신호를 인가하고 하부 전극(145)에 제1 신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package)(도시되지 않음) 본딩을 대비하여 통상의 사진 식각 공정을 이용하여 상기 액티브 매트릭스(131)를 소정의 두께까지 절단한다. 계속해서, TCP 본딩 시 AMA 패널의 패드(도시되지 않음)가 충분한 높이를 갖도록 하기 위하여 AMA 패널의 패드 상부에 포토레지스트층(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 포토레지스트층 중에서 그 아래에 패드가 형성되지 않은 부분을 패터닝하여 AMA 패널의 패드를 노출시킨다. 다음에, 상기 포토레지스트층을 건식 식각 또는 습식 식각 방법으로 식각하고, 상기 액티브 매트릭스(131)를 소정의 형상으로 완전히 절단한 후 AMA 패널의 패드와 TCP의 패드를 일방향 전도막(Anisotropic Conductive Film : ACF)(도시되지 않음)으로 연결하여 박막형 AMA 모듈의 제조를 완성한다.
상술한 본 발명의 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스(131)에 내장된 MOS 트랜지스터, 드레인 패드(135) 및 비어 컨택(155)을 통하여 하부 전극(145)에 인가된다. 동시에, 상부 전극(149)에는 외부로부터 공통 전극선을 통하여 제2 신호가 인가되어 상부 전극(149)과 하부 전극(145) 사이에 전기장이 발생한다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(149)과 하부 전극(145) 사이에 형성된 변형층(147)이 변형을 일으킨다. 변형층(147)은 상기 전기장에 대하여 수직인 방향으로 수축하며, 변형층(147)을 포함하는 액츄에이터(133)는 지지층(143)이 형성되어 있는 방향의 반대 방향으로 휘어진다. 따라서, 상기 액츄에이터(133) 상부에서 거울의 기능도 수행하는 상부 전극(149)도 같은 방향으로 경사진다. 이에 따라, 광원으로부터 입사되는 빛은 경사진 상부 전극(149)에 의해 소정의 각도로 반사된 후, 슬릿을 통과하여 스크린에 투영됨으로써 화상을 맺게 된다.
또한, 도시하지는 않았으나 상부 전극을 제2 신호가 인가되는 바이어스 전극으로만 사용하고 상기 상부 전극의 상부에 광원으로부터 입사되는 빛을 반사시키기 위한 거울이 별도로 형성되는 박막형 광로 조절 장치에 본 발명을 적용할 수 있음은 물론이다. 이 경우, 상기 거울은 통상적으로 상기 상부 전극의 일측 상부에 접촉되는 지지부를 갖고 에어 갭을 개재하여 상기 상부 전극과 수평하게 'ㄱ'자 형상으로 형성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, 제1 포토레지스트/ 제1 금속층/ 제2 포토레지스트의 3층 적층 구조를 형성하여 확실한 돌출 구조를 만든다. 즉, 변형층, 하부 전극 및 지지층을 식각하여 변형층으로부터 드레인 패드까지 수직하게 비어 홀을 형성한 후, 결과물 전면에 제1 포토레지스트를 도포한다. 이어서, 상기 제1 포토레지스트를 전면 노광시킨 후, 그 위에 제1 금속층을 증착한다. 계속해서, 상기 제1 금속층 상에 제2 포토레지스트를 도포한 후 이를 노광 및 현상하여 제2 포토레지스트로 이루어진 마스크 패턴을 형성한다. 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 제1 금속층을 식각한 후, 노출된 제1 포토레지스트를 현상한다. 이때, 상기 제1 포토레지스트는 이미 전면 노광되어진 상태이므로, 식각된 제1 금속층의 측면보다 더 안쪽으로 현상된다. 따라서, 제2 포토레지스트의 마스크 패턴, 식각된 제1 금속층 및 현상된 제1 포토레지스트는 확실한 돌출 구조의 패턴을 형성하게 된다. 이어서, 상기 결과물 상에 제2 금속층을 증착한 후 리프트-오프 공정을 실시하면, 돌출 구조의 패턴에 의해 상기 비어 홀 내부에만 제2 금속층이 남게 되어 비어 컨택이 형성된다. 따라서, 상기 돌출 구조를 갖는 패턴의 측벽이나 말단 부분에는 제2 금속층이 남아 있지 않으므로, 금속 펜스없이 비어 컨택을 형성하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기적인 단락이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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 (4)

  1. 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 그리고 상기 액티브 매트릭스의 상부에, i) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하게 지지층을 형성하는 단계, ii) 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, iii) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, iv) 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계, v) 상기 변형층, 하부 전극 및 지지층을 식각하여 상기 변형층으로부터 상기 드레인 패드까지 수직하게 비어 홀을 형성하는 단계, vi) 상기 비어 홀을 제외한 결과물 상에 제1 포토레지스트, 제1 금속층 및 제2 포토레지스트로 이루어진 돌출 구조의 패턴을 형성하는 단계 및 vii) 상기 돌출 구조의 패턴을 이용한 리프트-오프 방법에 의해 제2 금속층으로 이루어진 비어 컨택을 형성하는 단계를 갖는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 돌출 구조의 패턴을 형성하는 단계는, 상기 비어 홀이 형성된 결과물 상에 제1 포토레지스트를 도포하고 상기 제1 포토레지스트를 전면 노광하는 단계, 상기 제1 포토레지스트 상에 제1 금속층을 증착하는 단계, 상기 제1 금속층 상에 제2 포토레지스트로 이루어진 마스크 패턴을 형성하는 단계, 상기 마스크 패턴을 이용하여 상기 제1 금속층을 식각하는 단계, 및 상기 식각된 제1 금속층에 의해 노출된 상기 제1 포토레지스트를 현상함으로써, 돌출 구조의 패턴을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 포토레지스트는 상기 제1 금속층의 측면보다 더 안쪽으로 현상되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비어 컨택을 형성하는 단계는, 상기 돌출 구조의 패턴이 형성된 결과물 상에 제2 금속층을 증착하는 단계, 및 상기 돌출 구조의 패턴을 이용한 리프트-오프 공정을 실시하여 상기 제2 금속층으로 이루어진 비어 컨택을 형성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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