KR100257598B1 - 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

광효율을 향상시킬 수 있으며 거울 및 액츄에이터의 구조적 안정성을 확보할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개시된다. 상기 장치는 액티브 매트릭스, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 서로 나란하게 형성된 제1 액츄에이팅부 및 제2 액츄에이팅부, 제1 및 제2 액츄에이팅부와 이격되어 직교하는 방향으로 형성된 지지 요소, 그리고 제1 액츄에이팅부, 제2 액츄에이팅부 및 지지 요소의 상부에 형성된 거울을 포함한다. 제1 및 제2 액츄에이팅부는 각기 중앙부인 제1 및 제2 앵커가 액티브 매트릭스에 부착되며 양측이 수평하게 형성된 구조를 갖는다. 거울의 면적을 확대하고 액츄에이팅부들과 포스트들 사이의 메탈 텐션 스트립 작용을 이용하여 거울의 틸팅각을 2 배로 증가시켜 광효율을 향상시킬 수 있고, 제1 및 제2 액츄에이팅부가 대칭적인 구조를 가짐으로써 구조적 안정화를 달성할 수 있으며, 거울이 복수 개의 포스트에 의하여 지지되어 거울의 수평도를 향상시킬 수 있고 거울이 안정적으로 구동될 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법

본 발명은 AMA(Actuated Mirror Array)를 이용한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액츄에이터와 포스트 사이의 메탈 텐션 스트립(metal tension strip)의 상호 작용을 이용하여 거울의 구동 각도를 증가시키며 광효율을 향상시킬 수 있으며 거울 및 액츄에이터의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 광로 조절 장치 또는 공간적 광 변조기(optical light modulator)는 광통신, 화상 처리, 그리고 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 이러한 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 장치로서 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), DMD(Deformable Mirror Device), 그리고 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 보다 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 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 단면도를 도시한 것이다. 도 1을 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 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(40)는, 일측이 상기 식각 방지층(15) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성되어 있는 부분에 접촉되며 타측이 에어 갭(20)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 상기 드레인 패드(5)까지 형성된 비어 홀(45) 내에 하부 전극(30)과 드레인 패드(5)가 서로 전기적으로 형성된 비어 컨택(50)을 포함한다.

이하 상술한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.

도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 2a를 참조하면, 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)의 상부에 보호층(10)을 형성한다. 보호층(10)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(10)은 후속하는 공정 동안 상기 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)를 보호한다.

상기 보호층(10)의 상부에는 식각 방지층(15)이 형성된다. 식각 방지층(15)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(15)은 후속하는 식각 공정 동안 상기 액티브 매트릭스(1) 및 보호층(10)이 식각되어 손상을 입는 것을 방지한다. 상기 식각 방지층(15)의 상부에는 희생층(18)이 적층된다. 희생층(18)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법을 이용하여 1．0∼3．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(18)은 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(18)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법 또는 화학 기계적 연마(CMP) 방법을 이용하여 연마함으로써 평탄화시킨다. 이어서, 상기 희생층(18)의 일부를 식각하여 상기 식각 방지층(15) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성되어 있는 부분을 노출시킨다.

도 2b를 참조하면, 멤브레인(25)은 상기 노출된 식각 방지층(15) 및 희생층(18)의 상부에 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 상기 멤브레인(25)은 탄화규소(SiC)를 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법을 이용하여 형성된다.

상기 멤브레인(25)의 상부에는 하부 전극(30)이 적층된다. 하부 전극(30)은 백금(Pt) 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 금속을 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 이어서, 각각의 화소별로 독립적인 제1 신호(화상 신호)를 인가하기 위하여 하부 전극(30)을 Iso-Cutting한다.

도 2c를 참조하면, 상기 하부 전극(30)의 상부에는 변형층(35)이 적층된다. 변형층(35)은 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질을 졸-겔(sol-gel)법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한 후, 변형층(35)을 구성하는 압전 물질을 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 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.

상부 전극(40)은 상기 변형층(35)의 상부에 적층된다. 상부 전극(40)은 알루미늄 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상부 전극(40)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 제2 신호(바이어스 신호)가 인가된다. 상기 상부 전극(40)은 전기 전도성 및 반사성을 동시에 갖고 있으므로 전기장을 발생시키는 바이어스 전극의 기능뿐만 아니라 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다.

이어서, 상기 상부 전극(40)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 이 때, 상기 상부 전극(40)의 일부에는 스트라이프(55)가 형성된다. 스트라이프(55)는 상부 전극(40)을 균일하게 동작시켜 광원으로부터 입사되는 빛이 상기 상부 전극(40) 중 변형층(35)의 변형에 따라 변형되는 부분과 변형되지 않는 부분의 경계에서 난반사 되는 것을 방지한다. 그리고, 상기 변형층(35) 및 하부 전극(30)을 각각 소정의 화소 형상을 갖도록 패터닝한다.

도 2d를 참조하면, 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 상기 변형층(35)으로부터 드레인 패드(5)까지 비어 홀(45)을 형성한다. 이어서, 비어 홀(45)의 내부에 텅스텐(W) 또는 티타늄(Ti) 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 증착시켜 상기 하부 전극(30)과 드레인 패드(5)를 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(50)을 형성한다. 따라서, 외부로부터 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(50)을 통하여 하부 전극(30)에 인가된다. 동시에, 상부 전극(40)에는 제2 신호가 인가되어 상부 전극(40)과 하부 전극(30) 사이의 전위차에 따라 상부 전극(40)과 하부 전극(30) 사이에 형성된 변형층(35)이 변형을 일으키며, 이에 따라 변형층(35)을 포함하는 액츄에이터(40)는 상방으로 휘게 된다. 그러므로 액츄에이터(40) 상부의 상부 전극(40)도 같은 방향으로 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광은 소정의 각도로 휘어진 상부 전극(40)에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다. 다음에, 상기 멤브레인(25)이 소정의 화소 형상을 갖도록 패터닝한다. 그리고, 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 상기 희생층(18)을 제거하여 희생층(18)의 위치에 에어 갭(20)을 형성한 후, 세정 및 건조 처리를 수행하여 AMA 소자를 완성한다.

그러나, 상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부 전극의 일부만을 구동시켜 입사광을 반사하는 거울로 이용하기 때문에 액츄에이터의 전체 면적에 비하여 광효율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 상부 전극을 포함하는 액츄에이터 자체가 거울로 기능하기 때문에 액츄에이터의 구동 각도를 증가시키는 데 한계가 있으며, 액츄에이터의 구동 각도를 크게 하기 위하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 비교적 높은 전압을 인가하기 때문에 변형층의 압전 특성 감소 및 열화 등과 같이 액츄에이터의 수명이 단축되는 문제가 발생한다. 더욱이, 액츄에이터를 구성하는 상부 전극, 변형층, 하부 전극 및 지지층 등과 같은 박막간의 잔류 응력으로 인하여 신호가 인가되지 않은 초기에도 액츄에이터에 휘어짐이 발생하여 거울로 기능하는 상부 전극을 평탄하게 형성하기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 제1 액츄에이팅부와 제1 포스트 및 제2 액츄에이팅부와 제2 포스트 사이의 메탈 텐션 스트립(metal tension strip)의 상호 작용을 이용하여 거울의 구동 각도를 증가시켜 광효율을 향상시킬 수 있으며, 제1 액츄에이팅부, 제2 액츄에이팅부 및 거울의 구동 안정성울 확보할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 출원인이 선행 출원한 박막형 광로 조절 장치의 단면도이다.

도 2a 내지 도 2d는 도 1에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.

도 4는 도 3에 도시한 장치의 확대 사시도이다.

도 5는 도 4에 도시한 장치를 A₁-A₂선으로 자른 단면도이다.

도 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

도 7은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 동작을 설명하기 위한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 액티브 매트릭스 105 : 트랜지스터

115 : 제1 금속층 120 : 제1 보호층

125 : 제2 금속층 130 : 제2 보호층

135 : 식각 방지층 140 : 제1 희생층

145 : 제1 에어 갭 150a : 제1 지지층

150b : 제2 지지층 150c : 제3 지지층

153a : 제1 앵커 155b : 제2 앵커

155a : 제1 하부 전극 155b : 제2 하부 전극

155c : 제3 하부 전극 160a : 제1 변형층

160b : 제2 변형층 160c : 제3 변형층

165a : 제1 비어홀 165b : 제2 비어 홀

170a : 제1 비어 컨택 170b : 제2 비어 컨택

175a : 제1 상부 전극 175b : 제2 상부 전극

175c : 제3 상부 전극 180 : 제1 포스트

185 : 제2 포스트 190 : 제3 포스트

195a : 제2 에어 갭 195b : 제3 에어 갭

200 : 거울 210 : 액츄에이터

215a : 제1 액츄에이팅부 215b : 제2 액츄에이팅부

220 : 지지 요소 230 : 제2 희생층

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N 개의 MOS 트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드를 갖는 제1 금속층을 포함하는 액티브 매트릭스, 상기 액티브 매트릭스의 일측 상에 형성된 제1 액츄에이팅부, 상기 액티브 매트릭스의 타측 상에 상기 제1 액츄에이팅부와 나란하게 형성된 제2 액츄에이팅부, 상기 제1 액츄에이팅부 및 제2 액츄에이팅부와 소정의 거리만큼 이격되어 직교하는 방향으로 형성된 지지 요소, 그리고 상기 제1 액츄에이팅부, 제2 액츄에이팅부 및 지지 요소의 상부에 형성된 거울을 포함하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다.

상기 제2 액츄에이팅부는, ⅰ) 상기 액티브 매트릭스 중 상기 드레인 패드가 형성된 부분의 일측 상에 중앙부가 부착되어 제1 앵커가 되며 양측이 제1 에어 갭을 개재하여 수평하게 형성된 제1 지지층, ⅱ) 제1 지지층의 상부에 형성된 제1 하부 전극, ⅲ) 제1 하부 전극의 상부에 형성된 제1 변형층, ⅳ) 제1 변형층의 상부에 형성된 제1 상부 전극, 및 ⅴ) 제1 상부 전극의 상부에 양측이 접촉되며 중앙부가 제2 에어 갭을 개재하여 수평하게 형성된 제1 포스트를 포함한다. 상기 제2 액츄에이팅부는 a) 상기 액티브 매트릭스 중 상기 드레인 패드가 형성된 부분의 타측 상에 중앙부가 부착되어 제2 앵커가 되며 양측이 제1 에어 갭을 개재하여 수평하게 형성된 제2 지지층, b) 제2 지지층의 상부에 형성된 제2 하부 전극, c) 제2 하부 전극의 상부에 형성된 제2 변형층, d) 제2 변형층의 상부에 형성된 제2 상부 전극, 및 e) 제2 상부 전극의 상부에 양측이 접촉되며 중앙부가 제3 에어 갭을 개재하여 수평하게 형성된 제2 포스트를 포함한다. 상기 지지 요소는, ⅰ) 상기 액티브 매트릭스 상에 형성된 제3 지지층, ⅱ) 제3 지지층의 상부에 형성된 제3 하부 전극, ⅲ) 제3 하부 전극의 상부에 형성된 제3 변형층, ⅳ) 제3 변형층의 상부에 형성된 제3 상부 전극, 및 ⅴ) 제3 상부 전극의 상부에 형성된 제3 포스트를 포함한다. 상기 제1 포스트와 상기 제2 포스트는 각기 서로를 향하여 연장되어 함께 'H' 자의 형상을 이루며, 상기 거울은 제1 포스트와 상기 제2 포스트가 연장되는 부분으로부터 제3 포스트까지 사각형의 평판의 형상으로 형성된다.

또한 상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드를 갖는 제1 금속층을 포함하는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 상기 액티브 매트릭스의 상부에 제1 희생층을 형성하는 단계; 상기 제1 희생층을 패터닝하여, 상기 액티브 매트릭스 중 드레인 패드가 형성된 부분들을 나란하게 노출시키고 상기 나란하게 노출된 부분들과 직교하는 방향으로 상기 액티브 매트릭스의 일부를 노출시키는 단계; 상기 노출된 액티브 매트릭스 및 상기 제1 희생층의 상부에 제1 층, 하부 전극층, 제2 층 및 상부 전극층을 적층하는 단계; 상기 상부 전극층, 상기 제2 층, 상기 하부 전극층, 및 상기 제1 층을 패터닝하여 상기 액티브 매트릭스 상에 서로 나란하게 제1 상부 전극, 제1 변형층, 제1 하부 전극 및 제1 지지층을 포함하는 제1 액츄에이팅부와 제2 상부 전극, 제2 변형층, 제2 하부 전극 및 제2 지지층을 포함하는 제2 액츄에이팅부를 형성하고 상기 제1 액츄에이팅부 및 상기 제2 액츄에이팅부와 직교하는 방향으로 제3 상부 전극, 제3 변형층, 제3 하부 전극 및 제3 지지층을 포함하는 지지 요소를 형성하는 단계; 상기 제1 액츄에이팅부, 상기 제2 액츄에이팅부, 상기 지지 요소 및 상기 제1 희생층의 상부에 제2 희생층을 형성하는 단계; 그리고 상기 제1 액츄에이팅부, 상기 제2 액츄에이팅부 및 상기 지지 요소의 상부에 거울을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.

상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스에 내장된 MOS 트랜지스터, 제1 금속층의 드레인 패드 및 제1 비어 컨택을 통해 제1 하부 전극에 인가되며, 또한, 상기 제1 신호는 MOS 트랜지스터, 드레인 패드 및 제2 비어 컨택을 통해 제2 하부 전극에 인가된다. 동시에, 제1 상부 전극 및 제2 상부 전극에는 외부로부터 공통 전극선을 통하여 제2 신호가 인가된다. 따라서, 제1 상부 전극과 제1 하부 전극 사이에 전위차에 따른 제1 전기장이 발생하며, 제2 상부 전극과 제2 하부 전극 사이에는 전위차에 따른 제2 전기장이 발생한다. 상기 제1 전기장에 의하여 제1 상부 전극과 제1 하부 전극 사이에 형성된 제1 변형층이 변형을 일으키며, 제2 전기장에 의해 제2 상부 전극과 제2 하부 전극 사이에 형성된 제2 변형층이 변형을 일으킨다. 이 때, 거울을 수평하게 지지하는 기능만을 수행하는 지지 요소의 제3 상부 전극과 제3 하부 전극에는 신호가 인가되지 않으므로 제3 변형층은 변형을 일으키지 않는다. 제1 변형층 및 제2 변형층은 각기 제1 전기장 및 제2 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 이에 따라, 제1 변형층을 포함하는 제1 액츄에이팅부는 제1 앵커를 중심으로 양측부가 소정의 각도를 갖고 상방으로 휘게 되며, 제2 변형층을 포함하는 제2 액츄에이팅부 역시 제2 앵커를 중심으로 양측부가 소정의 각도를 갖고 상방으로 휘게 된다. 제1 액츄에이팅부 및 제2 액츄에이팅부의 양측이 상기와 같이 상방으로 휘게 되면, 제1 포스트 및 제2 포스트는 메탈 텐션 스트립(metal tension strip)의 상호 작용으로 인하여 활 모양으로 상방으로 휘어진다. 이 경우, 제1 액츄에이팅부 및 제2 액츄에이팅부의 변위를 δ라 하면, 제1 포스트 및 제2 포스트 또한 δ만큼의 변위를 갖고 상방으로 휘게 된다. 이와 같이, 제1 액츄에이팅부 및 제2 액츄에이팅부가 δ 크기의 변위를 갖고 상방으로 액츄에이팅된 상태에서 제1 포스트 및 제2 포스트 또한 δ 크기의 변위를 갖고 상방으로 휘게 되므로 제1 포스트 및 제2 포스트에 의하여 지지되는 거울은 2δ 크기의 변위를 갖고 상방으로 틸팅된다. 그러므로, 거울은 광원으로부터 입사되는 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 빛은 슬릿을 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.

그러므로 본 발명에 따르면, 거울의 면적을 확대하여 종래에 비하여 현저하게 광효율을 증가시켜 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 액츄에이팅부와 제1 포스트 및 제2 액츄에이팅부와 제2 포스트 사이의 메탈 텐션 스트립의 상호 작용을 이용하여 거울의 틸팅 각도를 2 배로 증가시킬 수 있다. 더욱이, 제1 액츄에이팅부 및 제2 액츄에이팅부가 각기 제1 앵커 및 제2 앵커를 중심으로 대칭적인 구조를 가짐으로써 제1 액츄에이팅부 및 제2 액츄에이팅부의 구조적 안정화를 달성할 수 있으며, 거울이 제1 포스트, 제2 포스트 및 제3 포스트에 의하여 지지됨으로써 거울의 수평도를 향상시킬 수 있고 거울을 안정적으로 구동하게 할 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이고, 도 4는 도 3의 장치를 확대한 사시도를 도시한 것이며, 도 5는 도 4의 장치를 A₁-A₂선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.

도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(100), 제1 액츄에이팅부(actuating part)(215a) 및 제2 액츄에이팅부(215b)를 포함하는 액츄에이터(210), 지지 요소(supporting element)(220), 그리고 거울(200)을 포함한다.

도 5를 참조하면, 상기 액티브 매트릭스(100)는, 액티브 매트릭스(100)를 액티브 영역과 필드 영역으로 구분하기 위한 소자 분리막(107)과, 상기 액티브 영역에 게이트(103), 소오스(102) 및 드레인(101)을 갖고 형성된 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(105)를 포함한다. 또한, 상기 액티브 매트릭스(100)는 상기 MOS 트랜지스터(105)의 상부에 적층되며 상기 소오스(102) 및 드레인(101)에 각각 접속되도록 패터닝된 제1 금속층(115), 제1 금속층(115)의 상부에 적층된 제1 보호층(120), 제1 보호층(120)의 상부에 적층된 제2 금속층(125), 제2 금속층(125)의 상부에 적층된 제2 보호층(130), 그리고 제2 보호층(130)의 상부에 적층된 식각 방지층(135)을 포함한다. 상기 제1 금속층(115)은 제1 신호(화상 신호)의 전달을 위하여 상기 MOS 트랜지스터(105)의 드레인(101)으로부터 연장되는 드레인 패드를 포함하며, 제2 금속층(125)은 티타늄(Ti)층 및 질화티타늄(TiN)층으로 이루어진다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 액츄에이터(210)는 식각 방지층(135) 상에 서로 대응하여 나란하게 형성된 제1 액츄에이팅부(215a) 및 제2 액츄에이팅부(215b)를 포함한다. 제1 액츄에이팅부(215a)는, 상기 식각 방지층(135) 중 아래에 제1 금속층(115)의 드레인 패드가 형성된 부분에 그 중앙부가 접촉되어 제1 액츄에이팅부(215a)를 지지하는 제1 앵커(anchor)(153a)가 되며 양측이 제1 에어 갭(145)을 개재하여 수평하게 형성된 제1 지지층(150a), 제1 지지층(150a)의 상부에 형성된 제1 하부 전극(155a), 제1 하부 전극(155a)의 상부에 형성된 제1 변형층(160a), 제1 변형층(160a)의 상부에 형성된 제1 상부 전극(175a), 그리고 상기 제1 변형층(160a) 중 제1 앵커(153a) 상에 형성된 부분으로부터 제1 변형층(160a), 제1 하부 전극(155a), 제1 지지층(150a), 식각 방지층(135), 제2 보호층(130) 및 제1 보호층(120)을 통하여 제1 금속층(115)의 드레인 패드까지 수직하게 형성된 제1 비어 홀(165a)의 내부에 제1 하부 전극(155a)과 상기 드레인 패드가 서로 연결되도록 형성된 제1 비어 컨택(170a)을 포함한다. 제1 액츄에이팅부(215a)는 중앙부가 식각 방지층(135)에 접촉되며 양측이 길게 연장된 'U' 자의 형상을 가지며, 제1 비어 홀(165a) 및 제1 비어 컨택(170a)은 제1 액츄에이팅부(215a)의 중앙부에 형성된다.

제2 액츄에이팅부(215b)는 제1 액츄에이팅부(215a)에 대응하여 식각 방지층(135) 상에 제1 액츄에이팅부(215a)와 나란하게 형성된다. 도 4를 참조하면, 제2 액츄에이팅부(215b)는, 상기 식각 방지층(135) 중 아래에 제1 금속층(115)의 드레인 패드가 연장되는 부분에 그 중앙부가 접촉되어 제2 액츄에이팅부(215b)를 지지하는 제2 앵커(153b)가 되며 양측이 제1 에어 갭(145)을 개재하여 수평하게 형성된 제2 지지층(150b), 제2 지지층(150b)의 상부에 형성된 제2 하부 전극(155b), 제2 하부 전극(155b)의 상부에 형성된 제2 변형층(160b), 제2 변형층(160b)의 상부에 형성된 제2 상부 전극(175b), 그리고 상기 제2 변형층(160b) 중 제2 앵커(153b) 상에 형성된 부분으로부터 제2 변형층(160b), 제2 하부 전극(155b), 제2 지지층(150b), 식각 방지층(135), 제2 보호층(130) 및 제1 보호층(120)을 통하여 제1 금속층(115)의 드레인 패드까지 수직하게 형성된 제2 비어 홀(165b)의 내부에 제2 하부 전극(155b)과 상기 드레인 패드가 서로 연결되도록 형성된 제2 비어 컨택(170b)을 포함한다.

지지 요소(220)는 제1 액츄에이팅부(215a) 및 제2 액츄에이팅부(215b)와 소정의 간격을 두고 직교하는 방향으로 형성된다. 상기 지지 요소(220)는, 일측이 식각 방지층(135)에 접촉되며 타측이 제1 에어 갭(145)을 개재하여 제1 액츄에이팅부(215a) 및 제2 액츄에이팅부(215b)가 위치한 방향으로 수평하게 형성된 제3 지지층(150c), 제3 지지층(150c)의 상부에 형성된 제3 하부 전극(155c), 제3 하부 전극(155c)의 상부에 형성된 제3 변형층(160c), 그리고 제3 변형층(160c)의 상부에 형성된 제3 상부 전극(175c)을 포함한다. 지지 요소(220)는 거울(200)을 수평하게 지지하기 위하여 제1 액츄에이팅부(215a) 및 제2 액츄에이팅부(215b)와 같은 높이를 갖는다.

제1 액츄에이팅부(215a) 및 제2 액츄에이팅부(215b)는 서로 나란하게 형성되고 지지 요소(220)는 제1 액츄에이팅부(215a) 및 제2 액츄에이팅부(215b)에 대하여 소정의 간격을 갖고 직교하는 방향으로 형성되므로 제1 액츄에이팅부(215a), 제2 액츄에이팅부(215b) 및 지지 요소(220)는 전체적으로 'ㄷ' 자의 형상을 이룬다.

도 4를 참조하면, 제1 액츄에이팅부(215a)의 상부에는 양측이 제1 상부 전극(175a)에 접촉되며 중앙부가 제2 에어 갭(195a)을 개재하여 수평하게 제1 포스트(180)가 형성되며, 제2 액츄에이팅부(215b)의 상부에는 양측이 제2 상부 전극(175b)에 접촉되며 중앙부가 제3 에어 갭(195b)을 개재하여 수평하게 제2 포스트(185)가 형성된다. 상기 제1 포스트(180) 및 제2 포스트(185)는 그 중앙부의 일부가 각기 서로를 향하여 연장되어 함께 'H' 자의 형상을 이룬다. 상기 지지 요소(220)의 제3 상부 전극(175c) 상에는 제3 포스트(190)가 형성된다. 제1 포스트(180), 제2 포스트(185), 그리고 제3 포스트(190)는 함께 거울(200)을 지지한다. 제1 포스트(180)의 양측부, 제2 포스트(185)의 양측부, 그리고 제3 포스트(190)는 'U' 자의 형상을 갖는다.

거울(200)은 제1 액츄에이팅부(215a), 제2 액츄에이팅부(215b), 그리고 지지 요소(220)의 상부 사이에 사각형의 평판 형상으로 형성된다. 상기 거울(200)은 제1 포스트(180) 및 제2 포스트(185)가 연결되는 부분인 상기 'H' 자의 중앙부로부터 제3 포스트(190)까지 연장되는 사각형의 형상을 갖는다.

이하, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 6a 내지 도 6e에 있어서, 도 4 및 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.

도 6a를 참조하면, n형으로 도핑된 실리콘(silicon) 웨이퍼로 이루어진 액티브 매트릭스(100)를 준비한 후, 통상의 소자 분리 공정, 예를 들면, 실리콘 부분 산화법(LOCOS)을 이용하여 상기 액티브 매트릭스(100)에 액티브 영역 및 필드 영역을 구분하기 위한 소자 분리막(107)을 형성한다. 이어서, 상기 액티브 영역의 상부에 불순물이 도핑된 폴리실리콘(polysilicon)과 같은 도전 물질로 이루어진 게이트(103)를 형성한 후, 이온 주입 공정으로 p⁺소오스(102) 및 드레인(101)을 형성함으로써, M×N(M, N은 정수) 개의 P-MOS 트랜지스터(105)를 형성한다.

상기 P-MOS 트랜지스터(105)가 형성된 결과물의 상부에 산화물로 이루어진 절연막(109)을 형성한 후, 사진 식각 공정으로 상기 소오스(102) 및 드레인(101)의 일측 상부를 각각 노출시키는 개구부들을 형성한다. 이어서, 상기 개구부들이 형성된 결과물의 상부에 티타늄, 질화 티타늄 및 텅스텐 등과 같은 금속으로 이루어진 제1 금속층(115)을 증착한 후 제1 금속층(115)을 사진 식각 공정으로 패터닝한다. 상기와 같이 패터닝된 제1 금속층(115)은, 상기 P-MOS 트랜지스터(103)의 드레인(101)으로부터 제1 액츄에이팅부(215a)의 지지부인 제1 앵커(anchor)(153a) 및 제2 액츄에이팅부(215b)의 지지부인 제2 앵커(153b)까지 연장되는 드레인 패드를 포함한다.

상기 P-MOS 트랜지스터(105)가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호하기 위하여 제1 금속층(115)의 상부에 제1 보호층(120)을 형성한다. 제1 보호층(120)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 약 8000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 제1 보호층(120)의 상부에는 티타늄층 및 질화티타늄층으로 이루어진 제2 금속층(125)이 형성된다. 제2 금속층(125)은, 먼저 티타늄을 스퍼터링하여 약 300Å 정도의 두께로 티타늄층을 형성한 후, 상기 티타늄층의 상부에 질화티타늄을 물리 기상 증착(PVD) 방법으로 적층하여 질화티타늄층을 형성함으로써 완성된다. 상기 제2 금속층(125)은 광원으로부터 입사되는 빛이 거울(200) 뿐만 아니라, 거울(200)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(100)에 광 누설 전류가 흘러 소자가 오동작을 일으키는 것을 방지한다. 이어서, 후속 공정에서 제1 비어 홀(165a) 및 제2 비어 홀(165b)이 형성될 위치를 고려하여 상기 제2 금속층(125) 중 제1 금속층(115)의 드레인 패드의 상부에 형성된 부분들을 소정의 거리만큼 이격되게 사진 식각 공정을 통해 식각함으로써 제2 금속층(125)에 각기 원형의 형상을 갖는 제1 개구부(opening)(125a) 및 제2 개구부(도시되지 않음)를 형성하여 제1 보호층(120)의 일부를 노출시킨다.

상기 노출된 제1 보호층(120) 및 제2 금속층(125)의 상부에는 제2 보호층(130)이 형성된다. 제2 보호층(130)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착 방법으로 약 2000Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 상기 제2 보호층(130)은 후속하는 공정 동안 액티브 매트릭스(100) 및 액티브 매트릭스(100) 상에 형성된 상기 결과물들이 손상을 입게 되는 것을 방지한다.

제2 보호층(130)의 상부에는 식각 방지층(135)이 형성된다. 식각 방지층(135)은 제2 보호층(130) 및 액티브 매트릭스(100) 등이 후속되는 식각 공정으로 인하여 식각되어 손상을 입는 것을 방지한다. 상기 식각 방지층(135)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 증착하여 약 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다.

상기 식각 방지층(175)의 상부에는 제1 희생층(140)이 형성된다. 제1 희생층(140)은 제1 액츄에이팅부(215a) 및 제2 액츄에이팅부(215b)를 포함하는 액츄에이터(215)를 형성하기 위한 박막들의 적층을 용이하게 하는 기능을 수행하며, 액츄에이터(215)의 형성이 완료된 후에는 제거된다. 제1 희생층(140)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 ２．0∼３．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 이 경우, 제1 희생층(140)은 상기 P-MOS 트랜지스터(105)가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법 또는 화학 기계적 연마(CMP) 방법을 이용하여 상기 제1 희생층(140)이 1．1㎛ 정도의 두께가 되도록 제1 희생층(140)의 표면을 연마함으로써 평탄화시킨다. 계속하여, 제1 액츄에이팅부(215a)가 식각 방지층(135) 상에 부착되는 부분인 제1 앵커(153a), 제2 액츄에이팅부(215b)가 식각 방지층(135) 상에 부착되는 부분인 제2 앵커(153b) 그리고 지지 요소(220)가 식각 방지층(135) 상에 부착되는 부분인 제3 앵커(153c)를 형성하기 위하여 제1 희생층(140)을 패터닝하여 식각 방지층(135)의 일부를 노출시킨다.

도 6b는 제1 희생층(140)을 패터닝한 상태를 나타내는 평면도이다. 도 6b에 도시한 바와 같이, 제1 액츄에이팅부(215a)의 제1 앵커(153a) 및 제2 액츄에이팅부(215b)의 제2 앵커(153b)는 식각 방지층(135) 중 아래에 제1 금속층(115)의 드레인 패드가 형성된 부분 상에 서로 나란하게 형성되며, 지지 요소(220)의 제3 앵커(153c)는 제1 앵커(153a) 및 제2 앵커(153b)에 대하여 소정의 간격을 갖고 직교하는 방향으로 형성된다. 따라서, 제1 앵커(153a), 제2 앵커(153b) 그리고 제3 앵커(153c)는 전체적으로 대략 'ㄷ' 자의 형상을 이룬다.

도 6c를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(135)의 상부 및 제1 희생층(140)의 상부에 제1 층(149)을 형성한다. 제1 층(149)은 경질의 물질, 예를 들면, 질화물 또는 금속 등을 사용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 제1 층(149)은 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 형성한다. 상기 제1 층(149)은 후에 제1 액츄에이팅부(215a)를 지지하는 제1 지지층(150a), 제2 액츄에이팅부(215b)를 지지하는 제2 지지층(150b) 그리고 지지 요소(220)를 지지하는 제3 지지층(150c)으로 패터닝된다.

상기 제1 층(149)의 상부에는 하부 전극층(154)이 형성된다. 하부 전극층(154)은 전기 전도성을 갖는 금속인 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta)을 사용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 하부 전극층(154)은 화학 기상 증착(CVD) 방법 또는 스퍼터링 방법을 사용하여 형성된다. 하부 전극층(154)은 제1 액츄에이팅부(215a)의 제1 하부 전극(155a), 제2 액츄에이팅부(215b)의 제2 하부 전극(155b) 그리고 지지 요소(220)의 제3 하부 전극(155c)으로 패터닝된다.

상기 하부 전극층(154)의 상부에는 PZT 또는 PLZT와 같은 압전 물질 또는 PMN(Pb(Mg，Nb)O₃)과 같은 전왜 물질로 이루어진 제2 층(159)이 형성된다. 제2 층(159)은 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 바람직하게는, 제2 층(154)은 졸-겔법을 이용하여 제조된 PZT를 스퍼터링 방법으로 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 제2 층(159)을 구성하는 압전 물질을 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 제2 층(159)은 후에 패터닝되어 제1 액츄에이팅부(215a)의 제1 변형층(160a), 제2 액츄에이팅부(215b)의 제2 변형층(160b) 그리고 지지 요소(220)의 제3 변형층(160c)을 형성한다.

상기 제2 층(159)의 상부에는 상부 전극층(174)이 형성된다. 상부 전극층(174)은 전기 전도성을 갖는 금속인 백금, 탄탈륨 또는 백금-탄탈륨 등을 사용하여 형성한다. 상부 전극층(174)은 화학 기상 증착(CVD) 방법 또는 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상부 전극층(174)은 후에 패터닝되어 제1 액츄에이팅부(215a)의 제1 상부 전극(175a), 제2 액츄에이팅부(215b)의 제2 상부 전극(175b) 그리고 지지 요소(220)의 제3 상부 전극(175c)을 형성한다.

도 6d를 참조하면, 상기 상부 전극층(174)을 패터닝하여 제1 상부 전극(175a), 제2 상부 전극(175b) 그리고 제3 상부 전극(175c)을 형성한다. 이 경우, 제1 상부 전극(175a)은 제1 액츄에이팅부(215a)의 제1 앵커(153a)를 중심으로 하여 2 개로 분리되도록 형성되며, 제2 상부 전극(175b) 역시 제2 액츄에이팅부(215b)의 제2 앵커(153b)를 중심으로 하여 2 개로 분리되도록 형성된다(도 4 참조). 제1 상부 전극(175a) 및 제2 상부 전극(175b)은 소정의 거리만큼 이격되어 서로 나란하게 형성되며, 제3 상부 전극(175c)은 제1 상부 전극(175a) 및 제2 상부 전극(175b)이 형성된 방향과 직교하는 방향으로 형성된다. 상기 제1 상부 전극(175a) 및 제2 상부 전극(175b)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되지만, 제3 상부 전극(175c)은 공통 전극선과 분리되어 제2 신호가 인가되지 않는다.

이어서, 제2 층(159)을 패터닝하여 제1 변형층(160a), 제2 변형층(160b) 그리고 제3 변형층(160c)을 형성한다. 제1 변형층(160a) 및 제2 변형층(160b)은 각기 제1 상부 전극(175a) 및 제2 상부 전극(175b)과는 달리 분리되는 부분 없이 하나로 형성되며, 제3 변형층(160c)은 제3 상부 전극(175c)의 하부에 형성된다. 제1 변형층(160a), 제2 변형층(160b) 및 제3 변형층(160c)은 각기 제1 상부 전극(175a), 제2 상부 전극(175b) 및 제3 상부 전극(175c) 보다 넓은 면적을 갖는다.

계속하여, 제1 변형층(160a) 중 제1 앵커(153a) 상에 형성된 부분으로부터, 제1 변형층(160a), 하부 전극층(154), 제1 층(149), 식각 방지층(135), 제2 보호층(130) 그리고 제1 보호층(120)의 일부를 식각하여 제1 비어 홀(165a)을 형성한다. 따라서, 제1 비어 홀(165a)은 제1 변형층(160a)으로부터 제2 금속층(125)의 제1 개구부(125a)를 통하여 드레인 패드까지 형성된다. 이와 동시에, 제2 변형층(160b) 중 제2 앵커(153b) 상에 형성된 부분으로부터, 제2 변형층(160b), 하부 전극층(154), 제1 층(149), 식각 방지층(135), 제2 보호층(130) 그리고 제1 보호층(120)의 일부가 식각되어 제2 비어 홀(165b)(도 4참조)이 형성된다. 그러므로, 제2 비어 홀(165b)은 제2 변형층(160b)으로부터 제2 금속층(125)의 제2 개구부(도시되지 않음)를 통하여 드레인 패드까지 형성된다. 다음에, 제1 비어 홀(165a) 및 제2 비어 홀(165b)에 전기 전도성을 갖는 금속인 백금, 탄탈륨, 또는 텅스텐 등을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 각기 제1 비어 컨택(170a) 및 제2 비어 컨택(170b)을 형성한다. 따라서, 제1 비어 컨택(170a) 및 제2 비어 컨택(170b)은 각기 하부 전극층(154)과 제1 금속층(115)의 드레인 패드를 서로 연결한다.

이어서, 하부 전극층(154)을 패터닝하여 제1 하부 전극(155a), 제2 하부 전극(155b) 그리고 제3 하부 전극(155c)을 형성한다. 제1 하부 전극(155a) 및 제2 하부 전극(155b)은 각기 제1 상부 전극(175a) 및 제2 상부 전극(175b)과는 달리 분리되는 부분 없이 하나로 형성되며, 제3 하부 전극(155c)은 제3 변형층(160c)의 하부에 형성된다. 제1 하부 전극(155a), 제2 하부 전극(155b) 및 제3 하부 전극(155c)은 각기 제1 변형층(160a), 제2 변형층(160b) 및 제3 변형층(160c) 보다 넓은 면적을 갖는다. 상기와 같이, 하부 전극층(154)이 제1 하부 전극(155a), 제2 하부 전극(155b) 및 제3 하부 전극(155c)으로 패터닝되면, 제1 비어 컨택(170a)은 제1 하부 전극(155a)과 드레인 패드를 연결하며, 제2 비어 컨택(170b)은 제2 하부 전극(155b)과 드레인 패드를 연결하게 된다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 P-MOS 트랜지스터(105), 제1 금속층(115)의 드레인 패드 및 제1 비어 컨택(170a)을 통하여 제1 하부 전극(155a)에 인가되며, 제2 하부 전극(155b)에는 P-MOS 트랜지스터(105), 드레인 패드 및 제2 비어 컨택(170b)을 통하여 제1 신호가 인가된다. 이 경우, 제3 하부 전극(155c)에는 제1 신호가 인가되지 않는다.

그리고, 상기 제1 층(149)을 패터닝하여 제1 지지층(150a), 제2 지지층(150b) 그리고 제3 지지층(150c)을 형성한다. 제1 지지층(150a) 및 제2 지지층(150b)은 분리되는 부분 없이 하나로 형성되며, 제3 지지층(150c)은 제3 하부 전극(155c)의 하부에 형성된다. 따라서, 제1 지지층(150a), 제1 하부 전극(155a), 제1 변형층(160a), 제1 비어 컨택(170a) 및 제1 상부 전극(175a)을 포함하는 제1 액츄에이팅부(215a)와, 제2 지지층(150b), 제2 하부 전극(155b), 제2 변형층(160c), 제2 비어 컨택(170b) 및 제2 상부 전극(175b)을 포함하는 제2 액츄에이팅부(215b)(도 4 참조), 그리고 제3 지지층(150c), 제3 하부 전극(155c), 제3 변형층(160c) 및 제3 상부 전극(175c)을 포함하는 지지 요소(220)가 완성된다.

도 6e를 참조하면, 상기 제1 액츄에이팅부(215a), 제2 액츄에이팅부(215b), 지지 요소(220) 및 제1 희생층(140)의 상부에 유동성이 우수한 스핀 온 폴리머(Spin On Polymer : SOP) 또는 포토레지스트(Photoresist) 등을 스핀 코팅 방법으로 도포하여 제2 희생층(230)을 형성한다. 제2 희생층(230)은 제1 액츄에이팅부(215a), 제2 액츄에이팅부(215b) 및 지지 요소(220) 완전히 덮을 수 있는 충분한 높이를 갖도록 형성한다. 이어서, 제1 포스트(180), 제2 포스트(185) 및 제3 포스트(190)가 형성될 위치를 고려하여 제2 희생층(230)을 패터닝함으로써, 제1 상부 전극(175a)의 양측부, 제2 상부 전극(175b)의 양측부 및 제3 상부 전극(175c)의 일부를 노출시킨다.

계속하여, 상기 노출된 제1 상부 전극(175a)의 양측부, 제2 상부 전극(175b)의 양측부, 제3 상부 전극(175c)의 일부 그리고 제2 희생층(230)의 상부에 반사성을 갖는 금속인 알루미늄, 니켈(Ni), 백금, 또는 은 등을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법으로 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 증착시킨다. 다음에, 상기 증착된 금속을 패터닝하여 제1 포스트(180), 제2 포스트(185), 제3 포스트(190) 및 거울(200)을 형성한다. 이 때, 제1 포스트(180) 및 제2 포스트(185)는 각기 양측이 제1 상부 전극(175a) 및 제2 상부 전극(175b)의 양측부에 부착되며 중앙부가 상부로 돌출하여 수평하게 형성되고, 제3 포스트(185)는 제3 상부 전극(175c)에 부착된다. 또한, 제1 포스트(180) 및 제2 포스트(185)는 그 중앙부의 일부가 각기 서로를 향하여 연장되어 함께 'H' 자의 형상을 이루며, 제3 포스트(190)는 제1 포스트(180) 및 제2 포스트(185)와 소정의 거리만큼 이격되어 직교하는 방향으로 형성된다. 거울(200)은 제1 포스트(180) 및 제2 포스트(185)가 연결되는 부분인 상기 'H' 자의 가운데 부분으로부터 제3 포스트(190)까지 연장되는 사각형의 형상을 갖도록 패터닝된다. 제1 포스트(180), 제2 포스트(185), 그리고 제3 포스트(190)는 함께 거울(200)을 지지한다. 바람직하게는, 제1 포스트(180)의 양측부, 제2 포스트(185)의 양측부, 그리고 제3 포스트(190)는 'U' 자의 형상을 갖는다.

이어서, 상기 제2 희생층(230)을 산소 플라즈마(O₂plasma)를 사용하여 제거하고, 제1 희생층(140)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 제거한 후, 세정 및 건조 처리를 수행하여 도 4에 도시한 바와 같은 장치를 완성한다. 상기와 같이 제2 희생층(230)이 제거되면, 제2 에어 갭(195a) 및 제3 에어 갭(195b)이 각기 제1 상부 전극(175a)과 제1 포스트(180) 사이 및 제2 상부 전극(175b)과 제2 포스트(185) 사이에 형성되며, 제1 희생층(140)이 제거되면 제1 에어 갭(145)이 제1 희생층(140)의 위치에 형성된다.

이하 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 동작을 설명한다.

상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 P-MOS 트랜지스터(105), 제1 금속층(115)의 드레인 패드 및 제1 비어 컨택(170a)을 통해 제1 하부 전극(155a)에 인가되고, 또한, 상기 제1 신호는 P-MOS 트랜지스터(105), 드레인 패드 및 제2 비어 컨택(170b)을 통해 제2 하부 전극(155b)에 인가된다. 동시에, 제1 상부 전극(175a) 및 제2 상부 전극(175b)에는 외부로부터 공통 전극선을 통하여 제2 신호가 인가된다. 따라서, 제1 상부 전극(175a)과 제1 하부 전극(155a) 사이에 전위차에 따른 제1 전기장이 발생하며, 제2 상부 전극(175b)과 제2 하부 전극(155b) 사이에는 전위차에 따른 제2 전기장이 발생한다. 상기 제1 전기장에 의하여 제1 상부 전극(175a)과 제1 하부 전극(155a) 사이에 형성된 제1 변형층(160a)이 변형을 일으키며, 제2 전기장에 의해 제2 상부 전극(175b)과 제2 하부 전극(155b) 사이에 형성된 제2 변형층(160b)이 변형을 일으킨다. 이 때, 거울(200)을 수평하게 지지하는 기능만을 수행하는 지지 요소(220)의 제3 상부 전극(175c)과 제3 하부 전극(155c)에는 신호가 인가되지 않으므로 제3 변형층(160c)은 변형을 일으키지 않는다. 제1 변형층(160a) 및 제2 변형층(160b)은 각기 제1 전기장 및 제2 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 이에 따라, 제1 변형층(160a)을 포함하는 제1 액츄에이팅부(215a)는 제1 앵커(153a)룰 중심으로 양측부가 소정의 각도를 갖고 상방으로 휘게 되며, 제2 변형층(160b)을 포함하는 제2 액츄에이팅부(215b) 역시 제2 앵커(153b)를 중심으로 양측부가 소정의 각도를 갖고 상방으로 휘게 된다.

도 7은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 동작을 설명하기 위한 단면도이다. 도 7을 참조하면, 제1 액츄에이팅부(215a) 및 제2 액츄에이팅부(215b)의 양측이 상기와 같이 상방으로 휘게 되면, 제1 포스트(180) 및 제2 포스트(185)는 메탈 텐션 스트립(metal tension strip)의 상호 작용으로 인하여 활 모양으로 상방으로 휘어진다. 이 경우, 제1 액츄에이팅부(215a) 및 제2 액츄에이팅부(215b)의 변위를 δ라 하면, 제1 포스트(180) 및 제2 포스트(185) 또한 δ만큼의 변위를 갖고 상방으로 휘게 된다. 이와 같이, 1 액츄에이팅부(215a) 및 제2 액츄에이팅부(215b)가 δ 크기의 변위를 갖고 상방으로 액츄에이팅된 상태에서 제1 포스트(180) 및 제2 포스트(185) 또한 δ 크기의 변위를 갖고 상방으로 휘게되므로 제1 포스트(180) 및 제2 포스트(185)에 의하여 지지되는 거울(200)은 2δ 크기의 변위를 갖고 상방으로 틸팅된다. 그러므로, 거울(200)은 광원으로부터 입사되는 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 빛은 슬릿을 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 의하면, 거울의 면적을 확대하고 제1 액츄에이팅부와 제1 포스트 및 제2 액츄에이팅부와 제2 포스트 사이의 메탈 텐션 스트립의 상호 작용을 이용하여 거울의 틸팅 각도를 2 배로 증가시킴으로써 종래에 비하여 현저하게 광효율을 증가시켜 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다. 또한, 제1 액츄에이팅부 및 제2 액츄에이팅부가 각기 제1 앵커 및 제2 앵커를 중심으로 대칭적인 구조를 가짐으로써 제1 액츄에이팅부 및 제2 액츄에이팅부의 구조적 안정화를 달성할 수 있으며, 거울이 제1 포스트, 제2 포스트 및 제3 포스트에 의하여 지지됨으로써 거울의 수평도를 향상시킬 수 있고 거울을 안정적으로 구동하게 할 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 (10)

1. M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(105)가 내장되고 상기 트랜지스터(105)의 드레인(101)으로부터 연장되는 드레인 패드를 갖는 제1 금속층(115)을 포함하는 액티브 매트릭스(100);

   ⅰ) 상기 액티브 매트릭스(100) 중 상기 드레인 패드가 형성된 부분의 일측 상에 중앙부가 부착되어 제1 앵커(153a)가 되며 양측이 제1 에어 갭(145)을 개재하여 수평하게 형성된 제1 지지층(150a), ⅱ) 상기 제1 지지층(150a)의 상부에 형성된 제1 하부 전극(155a), ⅲ) 상기 제1 하부 전극(155a)의 상부에 형성된 제1 변형층(160a), 및 ⅳ) 상기 제1 변형층(160a)의 상부에 형성된 제1 상부 전극(175a)을 포함하는 제1 액츄에이팅부(215a);

   a) 상기 액티브 매트릭스(100) 중 상기 드레인 패드가 형성된 부분의 타측 상에 중앙부가 부착되어 제2 앵커(153b)가 되며 양측이 제1 에어 갭(145)을 개재하여 수평하게 형성된 제2 지지층(150b), b) 상기 제2 지지층(150b)의 상부에 형성된 제2 하부 전극(155b), c) 상기 제2 하부 전극(155b)의 상부에 형성된 제2 변형층(160b), 및 d) 상기 제2 변형층(160b)의 상부에 형성된 제2 상부 전극(175b)을 포함하는 제2 액츄에이팅부(215b);

   상기 제1 액츄에이팅부(215a) 및 상기 제2 액츄에이팅부(215b)와 이격되어 상기 액티브 매트릭스(100) 상에 형성된 지지 요소(220); 그리고

   상기 제1 액츄에이팅부(215a), 상기 제2 액츄에이팅부(215b) 및 상기 지지 요소의 상부에 형성된 거울(200)을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 액츄에이팅부(215a)와 상기 제2 액츄에이팅부(215b)는 서로 나란하게 형성되며, 상기 지지 요소(220)는 상기 제1 액츄에이팅부(215a) 및 상기 제2 액츄에이팅부(215b)에 대하여 직교하는 방향으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 제1 액츄에이팅부(215a)는 상기 제1 상부 전극(175a)의 상부에 양측이 접촉되며 중앙부가 제2 에어 갭(195a)을 개재하여 수평하게 형성된 제1 포스트(180)를 더 포함하고, 상기 제2 액츄에이팅부(215b)는 상기 제2 상부 전극(175b)의 상부에 양측이 접촉되며 중앙부가 제3 에어 갭(195b)을 개재하여 수평하게 형성된 제2 포스트(185)를 더 포함하며, 상기 지지 요소(200)는, ⅰ) 상기 액티브 매트릭스(100) 상에 형성된 제3 지지층(150c), ⅱ) 상기 제3 지지층(150c)의 상부에 형성된 제3 하부 전극(155c), ⅲ) 상기 제3 하부 전극(155c)의 상부에 형성된 제3 변형층(160c), ⅳ) 상기 제3 변형층(160c)의 상부에 형성된 제3 상부 전극(175c) 그리고 ⅴ) 상기 제3 상부 전극(175c)의 상부에 형성된 제3 포스트(190)를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 포스트(180)와 상기 제2 포스트(185)는 각기 서로를 향하여 연장되어 함께 'H' 자의 형상을 이루는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 거울(200)은 상기 제1 포스트(180)와 상기 제2 포스트(185)가 연장되는 부분으로부터 상기 제3 포스트(190)까지 사각형의 평판의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 상부 전극(175a)은 상기 제1 앵커(153a)를 중심으로 상기 제1 변형층(160a)의 양측 상부에 분리되어 형성되고, 상기 제2 상부 전극(175b)은 상기 제2 앵커(153b)를 중심으로 상기 제2 변형층(160b)의 양측 상부에 분리되어 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제1 액츄에이팅부(215a)는 상기 제1 앵커(153a)를 통하여 상기 제1 하부 전극(155a)과 상기 제1 금속층(115)의 드레인 패드를 서로 연결하는 제1 비어 컨택(170a)을 더 포함하며, 상기 제2 액츄에이팅부(215b)는 상기 제2 앵커(153b)를 통하여 상기 제2 하부 전극(155b)과 상기 제1 금속층(115)의 드레인 패드를 서로 연결하는 제2 비어 컨택(170b)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
8. M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드를 갖는 제1 금속층을 포함하는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계;

   상기 액티브 매트릭스의 상부에 제1 희생층을 형성하는 단계;

   상기 제1 희생층을 패터닝하여, 상기 액티브 매트릭스 중 드레인 패드가 형성된 부분들을 나란하게 노출시키고 상기 나란하게 노출된 부분들과 직교하는 방향으로 상기 액티브 매트릭스의 일부를 노출시키는 단계;

   상기 노출된 액티브 매트릭스 및 상기 제1 희생층의 상부에 제1 층, 하부 전극층, 제2 층 및 상부 전극층을 적층하는 단계;

   상기 상부 전극층, 상기 제2 층, 상기 하부 전극층, 및 상기 제1 층을 패터닝하여 상기 액티브 매트릭스 상에 서로 나란하게 제1 상부 전극, 제1 변형층, 제1 하부 전극 및 제1 지지층을 포함하는 제1 액츄에이팅부와 제2 상부 전극, 제2 변형층, 제2 하부 전극 및 제2 지지층을 포함하는 제2 액츄에이팅부를 형성하고 상기 제1 액츄에이팅부 및 상기 제2 액츄에이팅부와 직교하는 방향으로 제3 상부 전극, 제3 변형층, 제3 하부 전극 및 제3 지지층을 포함하는 지지 요소를 형성하는 단계;

   상기 제1 액츄에이팅부, 상기 제2 액츄에이팅부, 상기 지지 요소 및 상기 제1 희생층의 상부에 제2 희생층을 형성하는 단계; 그리고

   상기 제1 액츄에이팅부, 상기 제2 액츄에이팅부 및 상기 지지 요소의 상부에 거울을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 제1 액츄에이팅부를 형성하는 단계는 상기 제1 변형층으로부터 상기 드레인 패드까지 제1 비어 홀을 형성하는 단계 및 상기 제1 비어 홀의 내부에 상기 제1 하부 전극과 상기 드레인 패드를 연결하는 제1 비어 컨택을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제2 액츄에이팅부를 형성하는 단계는 상기 제2 변형층으로부터 상기 드레인 패드까지 제2 비어 홀을 형성하는 단계 상기 제2 비어 홀의 내부에 상기 제2 하부 전극과 상기 드레인 패드를 연결하는 제2 비어 컨택을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 거울을 형성하는 단계는, ⅰ) 상기 제2 희생층을 패터닝하여 상기 제1 상부 전극의 양측, 상기 제2 상부 전극의 양측 및 상기 제3 상부 전극의 일부를 노출시키는 단계, ⅱ) 상기 노출된 제1 상부 전극의 양측, 상기 제2 상부 전극의 양측 및 상기 제3 상부 전극의 일부와 상기 제2 희생층 상에 은, 니켈, 알루미늄, 또는 백금과 같은 반사성을 갖는 금속을 증착시키는 단계, 그리고 ⅲ) 상기 증착된 금속을 패터닝하여 상기 제1 상부 전극의 상부에 제1 포스트를 형성하고, 상기 제2 상부 전극의 상부에 제2 포스트를 형성하며, 상기 제3 상부 전극의 상부에 제3 포스트를 형성하며, 상기 제1 포스트, 상기 제2 포스트 및 상기 제3 포스트와 일체로 거울을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.

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