KR100256870B1 - Method for manufacturing thin flim actuated mirror array - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Array)의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지지층을 두껍게 형성하고 이를 패터닝하여 Iso-Cut이 형성될 부분을 돌출시킨 후, 하부 전극을 적층하고 Iso-Cutting함으로써, 후속하는 식각 공정으로 인하여 Iso-Cut 부위 하부의 보호층 및 액티브 매트릭스가 손상(attack) 되는 것을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing AMA (Actuated Mirror Array), which is a thin film type optical path control device. More specifically, a support layer is formed thick and patterned to protrude a portion where Iso-Cut is to be formed, and then a lower electrode is laminated. By iso-cutting, the present invention relates to a method for manufacturing a thin film type optical path control apparatus capable of preventing the protective layer and the active matrix under the Iso-Cut region from being damaged due to a subsequent etching process.
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.Optical path control devices or spatial light modulators for projecting optical energy onto a screen may be applied to various fields such as optical communication, image processing, and information display devices. The image processing apparatus using the optical path adjusting device or the spatial light modulator typically has a direct-view image display device and a projection-type image device according to a method of displaying optical energy on a screen. display device).
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.An example of a direct-view image display device is a CRT (Cathode Ray Tube). The CRT device is called a CRT, which has excellent image quality but increases in weight and volume as the screen is enlarged, leading to an increase in manufacturing cost. There is. Projection type image display apparatuses include a liquid crystal display (LCD), a deformable mirror device (DMD), and an AMA. Such projection image display devices can be further divided into two groups according to their optical characteristics. That is, devices such as LCDs can be classified as transmissive spatial light modulators, while DMD and AMA can be classified as reflective spatial light modulators.
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.Transmission optical modulators, such as LCDs, have a very simple optical structure, which makes them thinner, lighter in weight, and smaller in volume. However, due to the polarity of the light, the light efficiency is low, there is a problem inherent in the liquid crystal material, for example, there is a disadvantage that the response speed is slow and the inside is easy to overheat. In addition, the maximum light efficiency of existing transmission light modulators is limited to a range of 1-2%, requiring dark room conditions to provide acceptable display quality. Therefore, optical modulators such as DMD and AMA have been developed to solve the above problems.
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 보다 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있다.Although DMD shows a relatively good light efficiency of about 5%, the hinge structure employed in the DMD not only causes serious fatigue problems, but also requires a very complicated and expensive driving circuit. In the AMA, each of the mirrors installed therein reflects light incident from the light source at a predetermined angle, and the reflected light is projected on the screen through an aperture such as a slit or a pinhole. It is a device that can adjust the speed of light to form an image. Therefore, its structure and operation principle are simple, and high light efficiency (more than 10% light efficiency) can be obtained compared to LCD or DMD. In addition, the contrast of the image projected on the screen is improved to obtain a brighter and clearer image.
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.Each actuator of the AMA generates a deformation in accordance with the electric field generated by the applied electric picture signal and the bias signal. As the actuator deforms, each of the mirrors mounted thereon is tilted. Accordingly, the inclined mirrors reflect light incident from the light source at a predetermined angle to form an image on the screen. Piezoelectric materials such as PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) or PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ) are used as actuators for driving the respective mirrors. The actuator may also be configured as a warping material such as PMN (Pb (Mg, Nb) O 3 ).
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, 변형부의 응답이 느리다는 단점이 있다.These AMA devices are largely divided into bulk type and thin film type. The bulk optical path control device is disclosed in US Pat. No. 5,085,497 to Gregory Um et al. The bulk optical path adjusting device is made by thinly cutting a multilayer ceramic to mount a ceramic wafer having a metal electrode formed therein in an active matrix in which a transistor is embedded, and then processing by a sawing method and installing a mirror thereon. However, the bulk optical path control device requires very high precision in design and manufacture, and has a disadvantage in that the response of the deformable part is slow.
이에 따라, 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다. 상기 박막형 광로 조절 장치는 1996년 9월 24일에 특허 출원된 특허출원 제96-42197호(발명의 명칭:멤브레인의 스트레스를 조절할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법)에 개시되어 있다.Accordingly, a thin film type optical path control apparatus that can be manufactured using a semiconductor manufacturing process has been developed. The thin film type optical path control device is disclosed in Patent Application No. 96-42197 (name of the invention: thin film type optical path control device which can control the stress of a membrane and a method of manufacturing the same) filed on September 24, 1996.
도 1은 본 출원인이 선행 출원한 박막형 광로 조절 장치의 단면도를 도시한 것이다.Figure 1 shows a cross-sectional view of the thin film type optical path control device previously applied by the applicant.
도 1을 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(1)와 액티브 매트릭스(1)의 상부에 형성된 액츄에이터(70)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the thin film type optical path adjusting device includes an
내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드(5)가 형성된 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.The
상기 액츄에이터(70)는, 상기 식각 방지층(15) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(60)을 개재하여 수평하게 형성된 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 상기 변형층(35)의 일측으로부터 변형층(35), 하부 전극(30), 멤브레인(25), 식각 방지층(15), 및 보호층(10)을 통하여 드레인 패드(5)까지 형성된 비어 홀(45)의 내부에 상기 하부 전극(30)과 드레인 패드(5)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(50)을 포함한다.The
이하, 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도 2a 내지 2e를 참조하여 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the thin film type optical path control apparatus will be described with reference to FIGS.
도 2a를 참조하면, M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드(5)가 형성된 액티브 매트릭스(1) 상에 인 실리케이트 유리(PSG)로 구성된 보호층(10)을 형성한다. 보호층(10)은 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상기 보호층(10)은 후속 공정 동안 상기 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)를 보호한다.Referring to FIG. 2A, an silicate is formed on an
상기 보호층(10) 상에는 질화물로 이루어진 식각 방지층(15)이 형성된다. 식각 방지층(15)은 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상기 식각 방지층(15)은 후속하는 식각 공정 동안 보호층(10) 및 액티브 매트릭스(1)가 식각되어 손상을 입는 것을 방지한다.An
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(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(SOG)를 사용하는 방법 또는 화학 기계적 연마(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(70)의 지지부가 형성될 위치를 만든다.The
도 2b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(15) 및 희생층(20) 상에 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께로 멤브레인(25)을 형성한다. 멤브레인(25)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 형성한다. 이 경우, 저압의 반응 용기 내에서 반응 가스의 비를 변화시키면서 멤브레인(25)을 형성함으로써, 멤브레인(25) 내의 스트레스(stress)를 조절한다.Referring to FIG. 2B, the
상기 멤브레인(25) 상에는 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨 등의 금속 구성된 하부 전극(30)이 형성된다. 하부 전극(30)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 이어서, 상기 하부 전극(30)을 패터닝하여 각 화소별로 상기 하부 전극(30)을 분리시킴으로써 각 화소들에 독자적인 제1 신호(화상 신호)가 인가되도록 하부 전극(30)을 Iso-Cutting한다. 하부 전극(30)에는 외부로부터 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(5), 및 비어 컨택(50)을 통하여 제1 신호가 인가된다.The
도 2c를 참조하면, 상기 하부 전극(30) 상에는 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질로 구성된 변형층(35)이 형성된다. 변형층(35)은 졸-겔(sol-gel)법을 이용하여 0.1∼1.0㎛, 바람직하게는 0.4㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한 후, 급속 열처리(RTA) 방법을 이용하여 변형층(35)을 구성하는 압전 물질을 상변이시킨다. 상기 변형층(35)은 상부 전극(40)에 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되고 하부 전극(30)에 제1 신호가 인가되어 상부 전극(40)과 하부 전극(30) 사이의 전위차에 따라 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으킨다.Referring to FIG. 2C, a
상부 전극(40)은 변형층(35)의 상부에 형성된다. 상부 전극(40)은 알루미늄 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상부 전극(40)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 제2 신호가 인가된다. 또한, 상기 상부 전극(40)은 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다.The
도 2d를 참조하면, 상기 상부 전극(40)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 이 때, 상기 상부 전극(40)의 일측에 스트라이프(55)가 형성되도록 패터닝한다. 스트라이프(55)는 상부 전극(40)을 균일하게 동작하게 하여 상부 전극(40) 중 변형층(35)의 변형에 따라 변형되는 부분과 변형되지 않는 부분의 경계에서 광원으로부터 입사되는 빛이 난반사되는 것을 방지한다. 계속하여, 상기 변형층(35) 및 하부 전극(30)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한다.Referring to FIG. 2D, the
이어서, 상기 변형층(35)의 일측으로부터 드레인 패드(5)의 상부까지 변형층(35), 하부 전극(30), 멤브레인(25), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 순차적으로 식각함으로써 비어 홀(45)을 형성한다. 그리고, 텅스텐, 백금 또는 티타늄 등의 금속을 상기 비어 홀(45)의 내부에 증착하여 상기 드레인 패드(5)와 하부 전극(30)을 전기적으로 연결시키는 비어 컨택(50)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택(50)은 비어 홀(45) 내에서 하부 전극(30)으로부터 드레인 패드(5)의 상부까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(50)을 통하여 하부 전극(30)에 인가된다.Subsequently, the
도 2e를 참조하면, 49% 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 상기 희생층(20)을 식각함으로써 희생층(20)의 위치에 에어 갭(60)을 형성한다. 이어서, 남아 있는 식각 용액을 제거하기 위하여 세정 및 건조 공정을 실시함으로써 AMA 소자를 완성한다.Referring to FIG. 2E, an
상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 제1 신호는 외부로부터 액티브 매트릭스(1)에 내장된 MOS 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(50)을 통하여 하부 전극(30)에 인가된다. 또한, 상부 전극(40)에는 외부로부터 공통 전극선을 통하여 제2 신호가 인가되어 상부 전극(40)과 하부 전극(30) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극(40)과 하부 전극(30) 사이에 적층되어 있는 변형층(35)이 변형을 일으킨다. 변형층(35)은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 변형층(35)을 포함하는 액츄에이터(70)는 멤브레인(25)이 형성되어 있는 방향과 반대 방향으로 휘어진다. 따라서, 액츄에이터(70) 상부의 상부 전극(40)도 같은 방향으로 경사진다. 광원으로부터 입사되는 빛은 상부 전극(40)에 의해 소정의 각도로 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.In the above-described thin film type optical path adjusting device, the first signal is applied from the outside to the
그러나, 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부 전극, 변형층, 하부 전극, 및 멤브레인 등 액츄에이터를 구성하는 박막들을 각기 소정의 화소 형상으로 패터닝하기 위한 식각 공정들을 진행할 때 하부 전극의 Iso-Cut 부위 하부의 멤브레인과 식각 방지층이 지속적으로 손상을 받게 된다. 이를 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.However, in the thin film type optical path adjusting device described in the above application, the Iso of the lower electrode is subjected to the etching processes for patterning the thin films constituting the actuators such as the upper electrode, the deforming layer, the lower electrode, and the membrane into predetermined pixel shapes, respectively. The membrane and the etch stop layer under the cut are continuously damaged. This will be described in more detail with reference to the drawings.
도 3은 상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서 Iso-Cut 부위를 확대한 평면도를 도시한 것이다. 도 3을 참조하면, 상부 전극(40), 변형층(35), 하부 전극(30) 및 멤브레인(25)을 각각 소정의 화소 형상으로 패터닝하기 위한 식각 공정들을 진행할 때 Iso-Cut 부위(B 참조)는 포토레지스트로 커버되지 않고 노출되게 된다. 이 경우, 상부 전극(40), 변형층(35), 하부 전극(30), 및 멤브레인(25)이 각기 정확한 화소 형상을 갖도록 하기 위하여 식각 공정을 충분하게 진행할 필요가 있게 되며, 이로 인하여 상기 식각 공정들이 수행되는 동안 포토레지스트로 보호되지 않는 Iso-Cut 부위(B) 아래의 멤브레인(25)과 식각 방지층(15)이 과도하게 식각되어 손상을 입는다. 이와 같이 멤브레인(25) 및 식각 방지층(15)이 손상을 입게 되면, 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 희생층(20)을 제거할 때, 플루오르화 수소 증기가 상기 멤브레인(25) 및 식각 방지층(15)의 손상된 부위를 통해 침투하여 식각 방지층(15) 하부의 보호층(10) 및 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)가 손상을 받게 되는 문제점이 있다.3 is a plan view showing an enlarged Iso-Cut part in the above-described thin film type optical path control device. Referring to FIG. 3, the Iso-Cut region B is referred to when etching processes for patterning the
따라서, 본 발명의 목적은, 지지층을 두껍게 형성하고 이를 패터닝하여 지지층 중 Iso-Cut이 형성될 부분을 돌출시킴으로써, 후속하는 식각 공정 중 Iso-Cut 부위 하부의 보호층 및 액티브 매트릭스가 손상되는 것을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to form a thick support layer and pattern it to protrude a portion of the support layer in which the Iso-Cut is to be formed, thereby preventing damage to the protective layer and the active matrix under the Iso-Cut region during the subsequent etching process. It is to provide a method for producing a thin film type optical path control device that can be.
도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a thin film type optical path adjusting device described in the applicant's prior application.
도 2a 내지 도 2e는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다.2A to 2E are manufacturing process diagrams of the apparatus shown in FIG.
도 3은 상기 선행 출원에 기재된 장치 중 Iso-cut 부위를 확대한 평면도이다.3 is an enlarged plan view of an iso-cut portion of the device described in the preceding application.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.4 is a plan view of a thin film type optical path control apparatus according to the present invention.
도 5는 도 4에 도시한 장치를 BB′선으로 자른 단면도이다.FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line B′B ′ of the apparatus shown in FIG. 4.
도 6a 내지 도 6f는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.6A to 6F are manufacturing process diagrams of the apparatus shown in FIG.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉<Explanation of symbols for main parts of drawing>
100:액티브 매트릭스 105:드레인 패드100: Active matrix 105: Drain pad
110:보호층 115:식각 방지층110: protective layer 115: etching prevention layer
120:희생층 125:지지층120: victim layer 125: support layer
130:하부 전극 135:변형층130: lower electrode 135: deformation layer
140:상부 전극 145:비어 홀140: upper electrode 145: empty hole
150:비어 컨택 160:에어 갭150: free contact 160: air gap
165:Iso-Cut 부위 200:액츄에이터165: Iso-Cut part 200: Actuator
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 상기 액티브 매트릭스의 상부에 보호층 및 식각 방지층을 형성하는 단계; 상기 식각 방지층의 상부에 제1층을 형성하는 단계; 상기 제1층을 1차로 패터닝하여 상기 제1층 중 Iso-Cut 부위가 형성될 부분에 '철(凸)' 자의 형상으로 돌출부를 형성하는 단계; 상기 제1층의 상부에 하부 전극층을 형성한 후, 상기 돌출부 상의 상기 하부 전극층을 제거하여 상기 하부 전극층을 상기 하부 전극층에 각각의 화소를 분리시키는 Iso-Cut 부위를 형성하는 단계; 상기 하부 전극층의 상부에 제2층 및 상부 전극층을 형성하는 단계; 상기 상부 전극층 및 상기 제2층을 패터닝하여 상부 전극 및 변형층을 형성하는 단계; 상기 하부 전극층을 패터닝하여 하부 전극을 형성하는 단계; 그리고 상기 제1층을 2차로 패터닝하여 지지층을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a method comprising the steps of providing an active matrix having M x N (M, N is an integer) MOS transistor embedded therein and a drain pad extending from the drain of the transistor; Forming a protective layer and an etch stop layer on the active matrix; Forming a first layer on the etch stop layer; First patterning the first layer to form protrusions in the shape of 'iron' in the portion where the Iso-Cut portion is to be formed in the first layer; Forming a lower electrode layer on the first layer, and then removing the lower electrode layer on the protrusion to form an Iso-Cut region separating the lower electrode layer from each pixel on the lower electrode layer; Forming a second layer and an upper electrode layer on the lower electrode layer; Patterning the upper electrode layer and the second layer to form an upper electrode and a strain layer; Patterning the lower electrode layer to form a lower electrode; And forming a support layer by second patterning the first layer.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, 지지층을 두껍게 형성한 후 이를 1차로 패터닝하여 지지층 중 후에 Iso-Cut이 형성될 부위에 '철(凸)' 자의 형상으로 돌출부를 형성한 후, 하부 전극층을 두껍게 형성하고 상기 돌출부 상의 상기 하부 전극층을 제거하여 하부 전극층에 Iso-Cut 부위를 형성하면서 하부 전극층의 두께를 감소시킨다. 따라서, 지지층 중 상기 Iso-Cut 부위 하부에 형성된 부분이 나머지 부분에 비하여 두껍게 돌출되기 때문에 후에 상부 전극, 변형층, 하부 전극, 그리고 지지층 등 액츄에이터를 구성하는 박막들을 각기 소정의 화소 형상으로 패터닝하는 식각 공정 동안 상기 Iso-Cut 부위 하부의 돌출된 지지층 중 일부가 손상을 받더라도 나머지 부분이 잔류하여 그 하부의 식각 방지층은 손상을 받지 않게 된다. 그러므로, 희생층을 플루오르화 수소 증기를 사용하여 식각할 때, 플루오르화 수소 증기가 액티브 매트릭스 쪽으로 침투하여 보호층 및 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스가 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.According to the manufacturing method of the thin film type optical path control apparatus according to the present invention, after forming the support layer thick and patterning it first to form a protrusion in the shape of 'iron' in the portion where the Iso-Cut will be formed later in the support layer The thickness of the lower electrode layer is reduced by forming a lower electrode layer thickly and removing the lower electrode layer on the protrusion to form an Iso-Cut region on the lower electrode layer. Therefore, since the portion formed under the Iso-Cut portion of the support layer protrudes thicker than the remaining portion, etching is performed to pattern the thin films constituting the actuators such as the upper electrode, the deformation layer, the lower electrode, and the support layer into predetermined pixel shapes. Even if some of the protruding support layer under the Iso-Cut region is damaged during the process, the remaining portion remains so that the etch stop layer under the Iso-Cut portion is not damaged. Therefore, when the sacrificial layer is etched using hydrogen fluoride vapor, it is possible to prevent hydrogen fluoride vapor from penetrating toward the active matrix and damaging the active matrix in which the protective layer and the transistor are embedded.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a thin film type optical path control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 도시한 장치를 BB′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.4 is a plan view showing a thin film type optical path adjusting device according to the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line B′B ′ of the device shown in FIG. 4.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 M×N(M, N은 정수) 개의 P-MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(100)와 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(200)를 포함한다.4 and 5, the thin film type optical path adjusting device according to the present invention includes an
상기 액티브 매트릭스(100)는, 상기 P-MOS 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드(105), 드레인 패드(105) 및 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 보호층(110), 그리고 보호층(110)의 상부에 형성된 식각 방지층(115)을 포함한다.The
상기 액츄에이터(200)는, 상기 식각 방지층(115) 중 아래에 드레인 패드(105)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(160)을 개재하여 수평하게 형성된 지지층(125), 지지층(125)의 상부에 형성된 하부 전극(130), 하부 전극(130)의 상부에 형성된 변형층(135), 변형층(135)의 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.The
또한, 도 5를 참조하면 상기 지지층(125)의 평면은, 일측이 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성되고, 타측이 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 지지층(125)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 지지층의 돌출된 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분에 끼워지게 된다. 상기 지지층(125)은 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치 중 액츄에이터를 지지하는 멤브레인의 기능을 수행한다.In addition, referring to Figure 5, the plane of the
이하 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a thin film type optical path control device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 6a 내지 도 6f는 도 5에 도시한 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다. 도 6a 내지 도 6f에 있어서, 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.6A to 6F show a manufacturing process diagram of the thin film type optical path control device shown in FIG. 6A to 6F, the same reference numerals are used for the same members as in FIG.
도 6a를 참조하면, 내부에 M×N 개의 P-MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있는 액티브 매트릭스(100)의 상부에 드레인 패드(105)를 형성한다. 드레인 패드(105)는 텅스텐 또는 티타늄 등의 금속을 사용하여 형성한다. 상기 드레인 패드(105)는 외부로부터 액티브 매트릭스(100)에 내장된 MOS 트랜지스터를 통하여 전달된 제1 신호(화상 신호)를 비어 컨택(150)을 통해 하부 전극(130)에 전달하는 역할을 한다.Referring to FIG. 6A, a
상기 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호하기 위하여 상기 드레인 패드(105) 및 액티브 매트릭스(100)의 상부에 보호층(110)을 형성한다. 보호층(110)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1.0∼2.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.The
상기 보호층(110)의 상부에는 식각 방지층(115)이 적층된다. 식각 방지층(115)은 질화물(nitride)을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 식각 방지층(115)은, 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100) 및 보호층(110)이 후속되는 식각 공정으로 인하여 식각되는 것을 방지한다.An
상기 식각 방지층(115)의 상부에는 희생층(120)이 형성된다. 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 상기 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 화학 기계적 연마(CMP) 방법을 이용하여 상기 희생층(120)이 1.1㎛ 정도의 두께를 갖도록 그 표면을 연마함으로써 평탄화시킨다. 이어서, 상기 희생층(120) 중 아래에 드레인 패드(105)가 형성된 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(115)의 일부를 노출시켜 액츄에이터(200)의 지지부가 형성될 위치를 만든다.The
도 6b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(115) 및 희생층(120)의 상부에 제1층(124)을 적층한다. 제1층(124)은 질화물 또는 금속 등 경질의 물질을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1.0∼2.0㎛ 정도의 두꺼운 두께를 가지도록 형성한다. 제1층(124)은 후에 액츄에이터(200)를 지지하는 지지층(125)으로 패터닝된다.Referring to FIG. 6B, the
도 6c를 참조하면, 상기 제1층(124)을 1차로 패터닝하여 제1층(124) 중 후속하여 Iso-Cut이 형성될 부위(165)를 돌출시킨다. 즉, 상기 제1층(124) 중 Iso-Cut이 형성될 부위(165)를 제외한 부분을 식각함으로써 제1층(124) 중 Iso-Cut이 형성될 부분(165)에 '철(凸)' 자의 형상으로 돌출부를 형성한다.Referring to FIG. 6C, the
이어서, 일부분이 상기와 같이 돌출된 제1층(124)의 상부에 전기 전도성이 우수한 백금, 탄탈륨, 또는 백금-탄탈륨 등의 금속을 사용하여 하부 전극층(129)을 형성한다. 하부 전극층(129)은 스퍼터링 방법을 이용하여 1.0∼2.0㎛ 정도의 두꺼운 두께를 가지도록 증착시킨다. 계속하여, 상기 하부 전극층(129)의 상부에 포토레지스트(132)를 도포하고 패터닝한 후, 이를 마스크로 이용하여 하부 전극층(129) 중 Iso-Cut이 형성될 부분(165)을 노출시킨다.Subsequently, the
도 6d를 참조하면, 상기 포토레지스트(132)를 제거한 후, 상기 돌출부 상의 하부 전극층을 제거하여 상기 하부 전극층(129)을 Iso-Cutting함과 동시에 하부 전극층(129)이 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 한다. 그 결과, 각각의 화소들에 독립적인 제1 신호를 인가하기 위하여 각각의 화소를 분리시키는 Iso-Cut 부위(165)가 하부 전극층(129)에 형성되어 제1층(124) 중 Iso-Cut 부위(165)가 형성될 부분에 '철(凸)' 자의 형상으로 돌출부가 노출된다. 본 발명에서는, 상기와 같이 Iso-Cut 부위(165) 하부의 제1층(124)이 두껍게 돌출되어 있으므로 후속하여 액츄에이터(200)를 구성하는 박막들을 각기 소정의 화소 형상으로 패터닝할 때, 상기 Iso-Cut 부위(165) 하부의 제1층(124)의 일부가 식각되어 손상을 입더라도 나머지 부분이 식각에 견디는 충분한 두께를 갖도록 잔류하여 그 하부의 식각 보호층(115)이 손상을 받지 않는다. 따라서, 후에 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용한 희생층(120)의 식각 공정 시, 상기 플루오르화 수소 증기가 Iso-Cut 부위(165) 하부의 식각 보호층(115)을 통해 액티브 매트릭스(1) 쪽으로 침투하는 것을 방지할 수 있다. 상기 하부 전극층(129)은 후에 제1 신호가 인가되는 하부 전극(130)으로 패터닝된다.Referring to FIG. 6D, after the
도 6e를 참조하면, 상기 하부 전극층(129)의 상부에는 제2층(134)이 적층된다. 제2층(134)은 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질을 사용하여 0.1∼1.0㎛, 바람직하게는 0.4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제2층(134)은 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 형성한다. 바람직하게는, 상기 제2층(134)은 PZT를 졸-겔법을 사용하여 형성한다. 이어서, 급속 열처리(RTA) 방법을 이용하여 상기 제2층(134)을 구성하는 압전 물질을 열처리하여 상변이시킨다. 상기 제2층(134)은 후에 변형층(135)으로 패터닝된다.Referring to FIG. 6E, a
상기 제2 층(134)의 상부에는 상부 전극층(139)이 적층된다. 상부 전극층(139)은 알루미늄, 은, 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상부 전극층(139)은 후에 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되는 상부 전극(140)으로 패터닝된다.An
도 6f를 참조하면, 상기 상부 전극층(139)을 패터닝하여 소정의 화소 형상을 갖는 상부 전극(140)을 형성한다. 이 때, 상부 전극(140)의 일부에는 액츄에이터(200)가 변형을 일으킬 때, 상부 전극(140)을 균일하게 동작하게 하여 광원(도시되지 않음)으로부터 입사되는 광이 상부 전극(140) 중 변형되는 부분과 변형되지 않는 부분의 경계에서 난반사 되는 것을 방지하는 스트라이프(도시되지 않음)가 형성된다. 상부 전극(140)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 제2 신호가 인가된다. 계속하여, 상기 제2층(134)을 패터닝하여 상기 상부 전극(140)보다 넓은 면적의 화소 형상을 갖는 변형층(135)을 형성한 후, 상기 하부 전극층(129)을 패터닝하여 변형층(135)보다 넓은 면적의 화소 형상을 갖는 하부 전극(130)을 형성한다. 상기 하부 전극(130)에는 외부로부터 전달된 제1 신호가 인가된다. 따라서, 상부 전극(145)에 제2 신호가 인가되고 하부 전극(135)에 제1 신호가 인가되면 상부 전극(145)과 하부 전극(135) 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생하며 이러한 전기장에 의하여 상기 변형층(140)이 변형을 일으키게 된다.Referring to FIG. 6F, the
이어서, 상기 변형층(135)의 일측으로부터 드레인 패드(105)의 상부까지 변형층(135), 하부 전극(130), 제1 층(124), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 차례로 식각하여 비어 홀(145)을 형성한다. 그러므로, 비어 홀(145)은 상기 변형층(135)의 일측으로부터 상기 드레인 패드(105)의 상부까지 형성된다. 그리고, 상기 비어 홀(145)의 내부에 텅스텐(W), 알루미늄, 또는 티타늄(Ti) 등의 전기 전도성을 갖는 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. 계속하여, 상기 제1층(124)을 2차로 패터닝하여 상기 하부 전극(130) 보다 넓은 면적의 소정의 화소 형상을 갖는 지지층(125)을 형성한다.Subsequently, the
그리고, 상기 희생층(120)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 식각하여 희생층(120)의 위치에 에어 갭(160)을 형성한 후, 세정 및 건조(rinse and dry) 처리를 수행하여 AMA 소자를 완성한다.In addition, the
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 하부 전극(130)에 인가된다. 동시에, 상부 전극(140)에는 공통 전극선을 통하여 제2 신호가 인가되어 상부 전극(140)과 하부 전극(130) 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(140)과 하부 전극(130) 사이에 형성된 변형층(135)이 변형을 일으킨다. 변형층(135)은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 상기 액츄에이터(200)는 소정의 각도로 상방으로 휘게 된다. 광을 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 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.In the above-described thin film type optical path control device according to the present invention, the first signal transmitted from the outside to the
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, 지지층을 두껍게 형성한 후 이를 1차로 패터닝하여 지지층 중 후에 Iso-Cut이 형성될 부위에 '철(凸)' 자의 형상으로 돌출부를 형성한 후, 하부 전극층을 두껍게 형성하고 상기 돌출부 상의 상기 하부 전극층을 제거하여 하부 전극층에 Iso-Cut 부위를 형성하면서 하부 전극층의 두께를 감소시킨다. 따라서, 지지층 중 상기 Iso-Cut 부위 하부에 형성된 부분이 나머지 부분에 비하여 두껍게 돌출되기 때문에 후에 상부 전극, 변형층, 하부 전극, 그리고 지지층 등 액츄에이터를 구성하는 박막들을 각기 소정의 화소 형상으로 패터닝하는 식각 공정 동안 상기 Iso-Cut 부위 하부의 돌출된 지지층 중 일부가 손상을 받더라도 나머지 부분이 잔류하여 그 하부의 식각 방지층은 손상을 받지 않게 된다. 그러므로, 희생층을 플루오르화 수소 증기를 사용하여 식각할 때, 플루오르화 수소 증기가 액티브 매트릭스 쪽으로 침투하여 보호층 및 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스가 손상을 입는 것을 방지할 수 있다.According to the manufacturing method of the thin film type optical path control apparatus according to the present invention, after forming the support layer thick and patterning it first to form a protrusion in the shape of 'iron' in the portion where the Iso-Cut will be formed later in the support layer The thickness of the lower electrode layer is reduced by forming a lower electrode layer thickly and removing the lower electrode layer on the protrusion to form an Iso-Cut region on the lower electrode layer. Therefore, since the portion formed under the Iso-Cut portion of the support layer protrudes thicker than the remaining portion, etching is performed to pattern the thin films constituting the actuators such as the upper electrode, the deformation layer, the lower electrode, and the support layer into predetermined pixel shapes. Even if some of the protruding support layer under the Iso-Cut region is damaged during the process, the remaining portion remains so that the etch stop layer under the Iso-Cut portion is not damaged. Therefore, when the sacrificial layer is etched using hydrogen fluoride vapor, it is possible to prevent hydrogen fluoride vapor from penetrating toward the active matrix and damaging the active matrix in which the protective layer and the transistor are embedded.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although described with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can understand that the present invention can be variously modified and changed without departing from the spirit and scope of the present invention. There will be.
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