KR100251102B1 - 광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 - Google Patents

광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은, M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드를 갖는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계, 및 상기 액티브 매트릭스의 상부에 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 액츄에이터를 형성하는 단계는, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 지지층 및 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극의 상부에 ⅰ) 무수 납 전구체 용액을 제조하는 단계, ⅱ) 지르코늄 및 티타늄 전구체 용액을 제조하는 단계, ⅲ) 상기 무수 납 전구체 용액과 상기 지르코늄 및 티타늄 전구체 용액을 혼합하여 졸-겔 용액을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 졸-겔 용액에 아세틸아세톤을 첨가하는 단계 및 ⅴ) 상기 졸-겔 용액을 희석하여 상기 하부 전극의 상부에 적층하는 단계를 포함하는 변형층을 형성하는 단계, 및 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법에 따르면, 변형층을 형성하기 위하여 제조하는 졸-겔 용액의 결정화(crystallization)를 아세틸아세톤을 첨가하여 조절함으로써, 평탄한 변형층을 형성할 수 있어서 변형층의 상부에 형성되어 빛을 반사하는 거울의 기능을 수행하는 상부 전극의 편평도를 증가시킬 수 있으므로 빛의 산란을 최소화하여 광효율을 향상시킬 수 있다.

Description

광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법
본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Arrays)의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 변형층을 형성하기 위하여 제조하는 졸-겔 용액의 결정화(crystallization)를 조절하여 평탄한 변형층을 형성함으로써, 액츄에이터의 평탄도를 향상시켜 광효율을 향상시킬 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, 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 상기 광로 조절 장치 또는 공간적 광 변조기를 이용한 화상 처리 장치는 통상적으로 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), 디포머블 미러 어레이(Deformable Mirror Device; DMD) 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 제1 신호(화상 신호) 및 제2 신호(바이어스 신호)에 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 형성할 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 제 5,085,497호에 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, 변형부의 응답이 느리다는 단점이 있다.
이에 따라, 반도체 제조 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 장치 중 멤브레인의 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 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 액티브 매트릭스(1)에는 M×N 개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(transistor)(도시되지 않음)가 내장되어 있다.
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 액티브 매트릭스(1)의 하부와 평행하게 적층된 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), 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), 그리고 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×N개의 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 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 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 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 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 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 신호의 단락을 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 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 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 신호가 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 중앙부에 스트라이프(55)가 함께 형성된다. 스트라이프(55)는 액츄에이터(60)가 변형을 일으킬 때, 상부 전극(40)을 균일하게 휘게하여 광원으로부터 입사되는 광속이 난반사 되는 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 신호가 인가된다. 계속하여, 변형층(35)의 일측으로부터 드레인 패드(5)의 상부까지 순차적으로 식각함으로써 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. 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 발생한 전기장에 대하여 직교하는 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 빛은 소정의 각도로 휘어진 상부 전극(40)에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.
그러나 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 변형층을 졸-겔법을 사용하여 형성하므로 그 표면의 평탄도가 좋지 않게 된다. 즉, 졸-겔법을 사용하여 형성된 변형층의 미세구조를 살펴보면, 변형층을 구성하는 압전 물질인 PZT 또는 PLZT 그레인(grain)들이 종형(columnar)으로 성장하여 변형층의 표면에서 1㎛ 정도의 크기로 응집(nucleation)된다. 이와 같이, 그레인들이 변형층의 표면에서 응집되는 경우, 변형층 표면의 평탄도가 매우 불량하게 되며, 변형층의 토폴러지(topology)를 따라서 형성되어 빛을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상부 전극의 평탄도 역시 불량하게 된다. 따라서, 광원으로부터 입사된 빛이 상부 전극에 의하여 산란됨으로써, 광효율이 떨어지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 변형층을 형성하기 위하여 제조하는 졸-겔 용액의 결정화를 조절한 후에 이를 적층하여 평탄한 변형층을 형성함으로써, 변형층의 상부에 형성된 상부 전극의 평탄도를 향상시켜 빛의 산란을 방지하며 광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 출원인이 선행 출원한 박막형 광로 조절 장치 중 멤브레인의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 중 지지층의 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 105 : 드레인 패드
110 : 보호층 115 : 식각 방지층
120 : 희생층 125 : 지지층
130 : 하부 전극 135 : 변형층
140 : 상부 전극 145 : 비어 홀
150 : 비어 컨택 155 : 스트라이프
160 : 에어 갭 200 : 액츄에이터
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계 , 그리고 상기 액티브 매트릭스의 상부에 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다. 상기 액츄에이터를 형성하는 단계는, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 지지층 및 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극의 상부에, ⅰ) 무수 납 전구체 용액을 제조하는 단계, ⅱ) 지르코늄 및 티타늄 전구체 용액을 제조하는 단계, ⅲ) 상기 무수 납 전구체 용액과 상기 지르코늄 및 티타늄 전구체 용액을 혼합하여 졸-겔 용액을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 졸-겔 용액에 아세틸아세톤을 첨가하는 단계 및 ⅴ) 상기 졸-겔 용액을 희석하여 상기 하부 전극의 상부에 적층하는 단계를 포함하는 변형층을 형성하는 단계, 그리고 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부 전극에는 공통 전극선으로부터 제2 신호가 인가된다. 동시에 제1 신호는 상기 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택을 통하여 하부 전극에 인가된다. 따라서, 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생하며, 이 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이의 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 발생한 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 따라서 변형층을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 빛은 소정의 각도로 경사진 상부 전극에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.
따라서, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, 변형층을 형성하기 위하여 제조하는 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질의 졸-겔 용액에 아세틸아세톤을 첨가함으로써, 변형층의 표면에서 그레인들이 응집하는 것을 최소화하여 평탄한 변형층을 형성할 수 있다. 따라서, 변형층의 토폴러지를 따라 형성되어 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하는 기능을 수행하는 상부 전극의 평탄도를 향상시킬 수 있어서, 빛의 산란을 방지하며 광효율을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 중 지지층의 평면도를 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다. 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.
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 수행하기 위한 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있다. 상기 액티브 매트릭스(100)는, 상기 액티브 매트릭스(100) 및 드레인 패드(105)의 상부에 형성된 보호층(110)과 보호층(110)의 상부에 형성된 식각 방지층(115)을 포함한다.
상기 액츄에이터(200)는 상기 식각 방지층(115)에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(160)을 개재하여 상기 액티브 매트릭스(100)의 하부와 평행하게 형성된 단면을 갖는 지지층(supporting layer)(125), 지지층의 상부에 형성된 하부 전극(130), 하부 전극의 상부에 형성된 변형층(135), 변형층의 상부에 형성된 상부 전극(140), 그리고 상기 변형층(135)의 일측으로부터 변형층(135), 하부 전극(130), 지지층(125), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 통하여 상기 드레인 패드(105)의 상부까지 형성된 비어 홀(145) 내에 상기 하부 전극(130)과 드레인 패드(105)가 연결되도록 형성된 비어 컨택(150)을 포함한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 지지층(125)의 일측은 지지층(125)의 중앙부를 중심으로 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 중심부로 가면서 계단형으로 좁아지는 형상으로 형성된다. 상기 지지층(125)의 타측은 인접한 액츄에이터의 지지층의 계단형으로 좁아지는 오목한 부분에 대응하도록 지지층의 중심부를 향하여 계단형으로 좁아지는 형상의 돌출부를 가진다. 따라서, 상기 지지층(125)의 돌출부는 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분에 끼워지고, 상기 지지층(125)의 오목한 부분에 인접한 지지층의 돌출부가 끼워져서 형성된다. 상기 지지층(125)은 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치 중 액츄에이터를 지지하는 멤브레인(25)의 기능을 수행한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예에 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 공정도이다. 도 6a 내지 6d에 있어서, 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 6a를 참조하면, M×N 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있고 일측에 드레인 패드(105)가 형성된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 인 실리케이트 유리(PSG)를 사용하여 보호층(110)을 적층한다. 보호층(110)은 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호한다.
상기 보호층(110)의 상부에는 질화물을 사용하여 식각 방지층(115)을 형성한다. 식각 방지층(115)은 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 식각 방지층(115)은 상기 액티브 매트릭스(100) 및 보호층(110)이 후속되는 식각 공정으로 인하여 식각되는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(115)의 상부에는 희생층(120)이 적층된다. 희생층(120)은 인(P)을 고농도로 함유한 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 2．0∼3．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(120)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(120)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 액츄에이터(200)의 지지부가 형성될 위치를 고려하여 상기 희생층(120)을 패터닝함으로써 상기 식각 방지층(115) 중 아래에 보호층(110)이 노출된 부분을 포함하는 부분 및 이와 인접한 부분을 노출시킨다. 즉, 희생층(120)을 패터닝하여 후속하여 형성되는 지지층(125)이 상기 식각 방지층(115)에 접촉되는 부분에 해당하는 식각 방지층(115)을 노출시킨다.
도 6b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(115)의 상부 및 희생층(120)의 상부에 제3층(124)을 적층한다. 제3층(124)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제3층(124)은 후에 지지층(125)으로 패터닝된다.
이어서, 전기 전도성이 우수한 금속인 백금, 탄탈륨, 또는 백금-탄탈륨 등의 금속을 사용하여 상기 제3층(124)의 상부에 하부 전극층(129)을 형성한다. 하부 전극층(129)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이와 동시에, 독립적인 제1 신호를 인가하기 위하여 하부 전극층(129)을 각각의 화소(pixel) 별로 분리한다.(Iso-Cutting 공정). 하부 전극층(129)은 후에 하부 전극(130)으로 패터닝된다.
하부 전극층(129)의 상부에는 제4층(134)이 적층된다. 제4층(134)은 PZT, 또는 PLZT 등의 압전 물질을 사용하여 0. 1∼1. 0㎛, 바람직하게는 0. 4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제4층(134)은 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 형성한 후, 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 본 발명에서는 졸-겔법을 사용하여 제4층(134)을 적층한다. 먼저, 일정량의 무수 용매, 예컨대 메톡시에탄올, 1-메톡시-2-프로판올, 3-에톡시-1-프로판올, 3-메톡시-1-부탄올 등과 같은 알콕시 알콜을 예열한 후, 측정량의 납(Ⅱ) 아세테이트 무수물을 상기 예열한 용매 내에 용해시켜 납 전구체 용액을 제조한다. 다음으로, 측정량의 용매에 지르코늄 및 티타늄 알콕시드를 용해시킴으로써 지르코늄 및 티타늄 전구체 용액을 제조한다. 바람직한 알콕시드로는 지르코늄 n-부톡시드 부탄올 착물 및 티타늄 이소프로폭시드가 있으며, 티타늄 에톡시드, 티타늄 부톡시드, 지르코늄 에톡시드 및 지르코늄 프로폭시드 등과 같은 알콕시드 화합물을 사용할 수도 있다. 계속하여, 상기 납 전구체 용액과 상기 지르코늄 및 티타늄 전구체 용액을 혼합한 후 가수분해하여 졸-겔 용액을 형성한다. 상기 졸-겔 용액에 아세틸아세톤을 첨가한 후 희석하여 상기 하부 전극층(129)의 표면에 스핀 코팅하여 적층하여 제4층(134)을 형성한다. 계속하여, 상기 제4층(134)을 급속 열처리한 후 제4층(134)을 구성하는 압전 물질을 분극(poling)시킨다. 제4층(134)은 후에 변형층(135)으로 패터닝된다.
일반적으로 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질을 사용하여 졸-겔법에 따라 변형층을 형성할 경우 그 표면의 평탄도가 좋지 않게 된다. 즉, 변형층(135)을 구성하는 PZT 또는 PLZT 층의 미세구조를 살펴보면 그레인들이 종형(columnar)으로 성장하며, 변형층(135)의 표면에서 1㎛ 정도 크기의 로세트(rosette) 그레인이 형성되어 응집(nucleation)된다. 이와 같이, 그레인들이 변형층(135)의 표면에서 응집되는 경우, 변형층(135) 표면의 평탄도가 매우 불량하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 졸-겔법을 수행하는 중에 상기 PZT 또는 PLZT의 졸-겔 용액에 킬레이트제(chelating agent)로서 아세틸아세톤(acetylacetone)을 첨가함으로써, 하부 전극(130)과 변형층(135) 사이의 계면(interface)에서 ∼100㎚ 정도로 작은 페로브스카이트(perovskite) 그레인들이 응집하게 되어 변형층 표면에서의 그레인들의 응집을 최소화할 수 있다. 그리하여 다른 평탄화 공정을 추가하지 않고서도 변형층(135)을 평탄하게 적층할 수 있다.
상기 제4층(134)의 상부에는 상부 전극층(139)이 적층된다. 상부 전극층(139)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(139)을 패터닝하여 소정의 화소 형상을 갖는 상부 전극(140)을 형성한다. 이 때, 상부 전극(140)의 일측에는 액츄에이터(200)가 변형을 일으킬 때, 상부 전극(140)을 균일하게 작동시켜 광원으로부터 입사되는 광속이 난반사되는 것을 방지하는 스트라이프(155)가 함께 형성된다.
상기 상부 전극(140)에는 공통 전극으로부터 제2 신호가 인가된다. 따라서, 상기 하부 전극(130)에 제1 신호가 인가되고 상부 전극(140)에 제2 신호가 인가되면, 상부 전극(140)과 하부 전극(130) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상기 변형층(135)이 변형을 일으키게 된다. 상기 상부 전극(140)은 전기 전도성 및 반사 특성이 우수하므로 바이어스 전극의 기능뿐만 아니라 입사되는 광속을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다. 본 발명에서는 상부 전극(140)의 하부에 적층된 변형층(135)의 평탄도가 향상되었으므로, 상기 상부 전극(140) 역시 변형층(135)의 토폴러지(topology)를 따라서 평탄하게 형성되므로, 빛의 산란이 최소화되어 광효율을 향상시킬 수 있다.
계속하여, 상기 상부 전극층(139)을 패터닝한 것과 동일한 방법을 사용하여 상기 제4층(134) 및 하부 전극층(129)을 소정의 화소 형상으로 패터닝하여 변형층(135) 및 하부 전극(130)을 형성한다.
도 6c를 참조하면, 상기 변형층(135)의 일측으로부터 드레인 패드(105)의 상부까지 변형층(135), 하부 전극(130), 제3층(124), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 차례로 식각하여 비어 홀(145)을 형성한다. 따라서, 비어 홀(145)은 상기 변형층(135)의 일측으로부터 상기 드레인 패드(105)의 상부까지 형성된다. 이어서, 상기 비어 홀(145)의 내부에 텅스텐(W), 알루미늄, 또는 티타늄(Ti) 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 증착시켜 비어 컨택(150)을 형성한다. 비어 컨택(150)은 상기 드레인 패드(105) 및 하부 전극(130)을 전기적으로 연결한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(150)을 통하여 하부 전극(130)에 인가된다. 이어서, 상기 제3층(124)을 패터닝하여 지지층(125)을 형성한다.
도 6d를 참조하면, 플루오르화 수소(HF) 증기를 이용하여 상기 희생층(120)을 식각하여 상기 희생층(120)의 위치에 에어 갭(170)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 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(150)을 통해 신호 전극인 하부 전극(130)에 인가된다. 동시에, 공통 전극인 상부 전극(140)에는 제2 신호가 인가되어 상기 상부 전극(140)과 하부 전극(130) 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이 전기장에 의하여 상부 전극(140)과 하부 전극(130) 사이의 변형층(135)이 변형을 일으킨다. 상기 변형층(135)은 발생한 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 상기 액츄에이터(200)는 소정의 각도로 상방으로 휘게 된다. 빛을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상부 전극(140)은 액츄에이터(200)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(200)와 함께 경사진다. 이에 따라서, 상부 전극(140)은 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 의하면, 변형층을 형성하기 위하여 제조하는 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질의 졸-겔 용액에 아세틸아세톤을 첨가함으로써, 변형층의 표면에서 그레인들이 응집하는 것을 최소화하여 평탄한 변형층을 형성할 수 있다. 따라서, 변형층의 토폴러지를 따라 형성되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사하는 기능을 수행하는 상부 전극의 평탄도를 향상시킬 수 있어서, 빛의 산란을 방지하며 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 (3)

  1. M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 그리고
    상기 액티브 매트릭스의 상부에 지지층 및 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극의 상부에 ⅰ) 무수 납 전구체 용액을 제조하는 단계, ⅱ) 지르코늄 및 티타늄 전구체 용액을 제조하는 단계, ⅲ) 상기 무수 납 전구체 용액과 상기 지르코늄 및 티타늄 전구체 용액을 혼합하여 졸-겔 용액을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 졸-겔 용액에 아세틸아세톤을 첨가하는 단계 및 ⅴ) 상기 졸-겔 용액을 희석하여 상기 하부 전극의 상부에 적층하는 단계를 포함하는 변형층을 형성하는 단계, 및 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 변형층을 형성하는 단계는, 상기 졸-겔 용액을 스핀 코팅하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 변형층을 형성하는 단계는, 상기 변형층을 급속 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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