KR100270998B1 - 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 - Google Patents

박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

액츄에이터의 구동 특성을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법이 개시된다. 액티브 매트릭스 상에 제1 희생층을 형성한 후, 제1 희생층의 상부에 제1층, LSCO로 이루어진 하부 전극층, 제2층 및 하부 전극층과 동일한 물질로 구성된 상부 전극층을 형성하고, 상기 상부 전극층, 상기 제2층 및 상기 하부 전극층을 패터닝하여 제1 상부 전극, 제2 상부 전극, 제1 변형층, 제2 변형층 및 하부 전극을 포함하는 액츄에이터를 형성한 다음, 제1층을 패터닝하여 지지 라인, 지지층 그리고 제1 앵커 및 제2 앵커들을 포함하는 지지 요소를 형성하고, 액츄에이터의 상부에 거울을 형성한다. PNZT와 같은 압전 물질로 이루어진 변형층의 상부 및 하부에 각기 LSCO로 구성된 상부 및 하부 전극을 형성함으로써, 변형층과 전극들 사이의 계면에서 변형층을 구성하는 압전 물질의 산소 간극을 안정화시키고 변형층의 열화를 방지하여 액츄에이터가 반복하여 구동하는 동안 변형층의 압전 특성을 유지할 수 있으므로, 액츄에이터 상부의 거울에 의해 반사되어 스크린에 투영되는 화상의 화질을 개선할 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 변형층의 열화에 대한 저항력을 높임으로써 액츄에이터의 구동 특성을 향상시켜 화상의 화질을 개선할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
광학 에너지를 스크린 상에 투영하기 위한 광로 조절 장치 또는 공간적 광 변조기는 광통신, 화상 처리 그리고 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 광 변조기를 이용한 화상 처리 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로 구분된다.
직시형 화상 표시 장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다. 상기 투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(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 변조기로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기로 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∼2% 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다. 따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 DMD 및AMA와 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 슬릿이나 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.
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(sawing) 방법을 사용하여 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. 이러한 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 1998년 5월 8일 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허출원 제98-16545호(발명의 명칭 : 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법)에 개시되어 있다.
도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 사시도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1의 장치를 A1-A2선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는, 액티브 매트릭스(1), 지지 요소(75), 제1 및 제2 액츄에이팅부(90, 91), 그리고 거울(99)을 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(1)는, M×N(M, N은 자연수) 개의 P-MOS 트랜지스터(10)가 내장된 기판(2), 상기 트랜지스터(10)의 드레인(3) 및 소오스(5)로부터 연장되어 기판(2)의 상부에 형성된 제1 금속층(20), 제1 금속층(20)의 상부에 순차적으로 형성된 제1 보호층(25), 제2 금속층(30), 제2 보호층(35) 및 식각 방지층(40)을 포함한다.
지지 요소(75)는, 액티브 매트릭스(1)의 상부에 형성된 지지 라인(74), 상기 지지 라인(74)과 일체로 형성되며 사각 고리의 형상을 갖는 지지층(73), 그리고 상기 지지층(73) 중 지지 라인(74)과 인접한 부분 하부의 액티브 매트릭스(1)에 각기 접촉되어 지지층(73)을 지지하는 제1 앵커(71) 및 제2 앵커들(72a, 72b)을 포함한다.
제1 및 제2 액츄에이팅부(90, 91)는 각기 상기 사각 고리 형상의 지지층(73)의 2개의 암들의 상부에 사각 평판 형상으로 서로 나란하게 형성된다. 제1 액츄에이팅부(90)는 제1 하부 전극(80), 제1 변형층(82) 및 제1 상부 전극(85)을 포함하며, 제2 액츄에이팅부(91)는 제2 하부 전극(81), 제2 변형층(83) 및 제2 상부 전극(86)을 포함한다.
거울(99)은 포스트(98)에 의하여 중앙부가 지지되며 양측부가 제2 에어 갭(97)을 개재하여 제1 및 제2 액츄에이팅부(90, 91)의 상부에 수평하게 형성된다.
이하 상술한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다.
도 3a를 참조하면, 실리콘 웨이퍼인 기판(2)에 통상의 소자 분리 공정인 실리콘 부분 산화법(LOCOS)을 이용하여 액티브 영역 및 필드 영역을 구분하기 위한 소자 분리막(15)을 형성한다. 이어서, 상기 액티브 영역의 상부에 폴리-실리콘(poly-silicon)과 같은 도전 물질로 이루어진 게이트(16)를 형성한 후, 이온 주입 공정을 이용하여 p+소오스(5) 및 드레인(3)을 형성함으로써, 기판(2)에 M×N(M, N은 자연수)개의 P-MOS 트랜지스터(10)를 형성한다.
상기 P-MOS 트랜지스터(10)가 형성된 기판(2)의 상부에 산화물로 이루어진 절연막(17)을 형성한 후, 사진 식각 방법을 사용하여 상기 소오스(5) 및 드레인(3)의 일측 상부를 각각 노출시키는 개구부들을 형성한다. 계속하여, 상기 개구부들이 형성된 결과물의 상부에 티타늄, 질화티타늄, 텅스텐 및 질화물 등으로 이루어진 제1 금속층(20)을 증착한 후 제1 금속층(20)을 사진 식각 방법으로 패터닝한다. 이와 같이 패터닝된 제1 금속층(20)은 상기 P-MOS 트랜지스터(10)의 드레인(3)으로부터 지지층(73)을 지지하는 제1 앵커(71)까지 연장되는 드레인 패드를 포함한다.
제1 금속층(20) 및 기판(2)의 상부에는 제1 보호층(25)이 형성된다. 제 1보호층(25)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 8000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제1 보호층(25)은 후속하는 공정 동안 트랜지스터(10)가 내장된 기판(2)이 손상을 입는 것을 방지한다.
제1 보호층(25)의 상부에는 제2 금속층(30)이 형성된다. 제2 금속층(30)은 티타늄을 스퍼터링하여 300Å 정도의 두께로 티타늄층을 형성한 후, 티타늄층의 상부에 질화티타늄을 물리 기상 증착 방법(PVD)으로 증착하여 질화티타늄층을 형성함으로써 완성된다. 제2 금속층(30)은 광원으로부터 입사되는 광이 거울(99)뿐만 아니라, 거울(99)이 덮고 있는 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(1)에 광전류가 흘러 소자가 오동작을 일으키는 것을 방지한다. 이어서, 제2 금속층(30) 중 후속 공정에서 비어 홀(50)이 형성될 부분, 즉 그 아래에 제1 금속층(20)의 드레인 패드가 형성되어 있는 부분을 식각하여 제2 금속층(30)에 홀(도시되지 않음)을 형성한다.
제2 금속층(30)의 상부에는 제2 보호층(35)이 적층된다. 제2 보호층(35)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착 방법으로 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제2 보호층(35)은 후속하는 공정 동안 기판(2) 및 기판(2) 상에 형성된 상기 결과물들이 손상을 입는 것을 방지한다.
제2 보호층(35)의 상부에는 식각 방지층(40)이 적층된다. 식각 방지층(40)은 제2 보호층(35) 및 상기 액티브 매트릭스(1) 상의 결과물들이 후속되는 식각 공정으로 인하여 식각되는 것을 방지한다. 식각 방지층(40)은 산화규소(SiO2) 또는 오산화인(P2O5) 등의 저온 산화물(LTO)로 이루어진다. 식각 방지층(40)은 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 약 0.2∼0.8㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다.
식각 방지층(40)의 상부에는 제1 희생층(45)이 적층된다. 제1 희생층(45)은 제1 및 제2 액츄에이팅부(90, 91)를 구성하는 박막들의 적층을 용이하게 하는 기능을 수행한다. 제1 희생층(45)은 폴리-실리콘을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 2.0∼3.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 이어서, 제1 희생층(45)의 표면을 화학 기계적 연마(CMP) 방법을 이용하여 연마함으로써 제1 희생층(45)이 1.1㎛ 정도의 두께를 갖도록 그 표면을 평탄화시킨다.
계속하여, 제1 희생층(45)의 상부에 제1 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포하고 이를 패터닝한 후, 상기 제1 포토레지스트를 마스크로 이용하여 제1 희생층 (45)중 아래에 제2 금속층(30)의 홀이 형성된 부분 및 이와 양측으로 인접한 부분들을 식각하여 식각 방지층(40)의 일부를 노출시킴으로써, 후에 형성되는 지지층(73)을 지지하는 제1 앵커(71) 및 제2 앵커들(72a, 72b)이 형성될 위치를 만든다. 이에 따라, 식각 방지층(40)이 소정의 거리만큼 이격된 3개의 사각형의 형상으로 노출된다. 그리고, 상기 제1 포토레지스트를 제거한다.
제1층(69)은 상기와 같이 사각형의 형상으로 노출된 식각 방지층(40) 및 제1 희생층(45)의 상부에 적층된다. 제1층(69)은 질화물과 같은 경질의 물질을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제1층(69)은 후에 지지 요소(75)로 패터닝되며, 지지 요소(75)는 제1 및 제2 액츄에이팅부(90, 91)를 지지하는 지지층(73), 공통 전극선(77)을 지지하는 지지 라인(74) 그리고 지지층(73)을 지지하는 제1 앵커(71) 및 제2 앵커들(72a, 72b)로 이루어진다. 이 경우, 제1층(69) 중 상기 3개의 사각형의 형상으로 노출된 식각 방지층(40) 상에 부착된 부분 중 가운데 사각형 형상의 식각 방지층(40)에 부착되는 부분은 제1 앵커(71)가 되며, 양측 사각형 형상의 식각 방지층(40)에 부착되는 부분은 제2 앵커들(72a, 72b)이 된다.
하부 전극층(79)은 제1층(69)의 상부에 적층된다. 하부 전극층(79)은 백금(Pt), 탄탈륨(Ta) 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 갖게 형성한다. 하부 전극층(79)은 후에 외부로부터 제1 신호(화상 신호)가 각기 인가되며 소정의 거리만큼 이격되는 제1 및 제2 하부 전극(80, 81)으로 패터닝된다.
하부 전극층(79)의 상부에는 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질로 이루어진 제2층(59)이 적층된다. 제2층(59)은 졸-겔법, 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 바람직하게는, 제2층(59)은 졸-겔법으로 제조된 PZT를 스퍼터링하여 약 0.4㎛ 정도의 두께를 갖게 형성한다. 이어서, 제2층(59)을 구성하는 압전 물질을 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다.
상부 전극층(87)은 제2층(59)의 상부에 적층된다. 상부 전극층(87)은 백금, 탄탈륨, 은(Ag) 또는 백금-탄탈륨 등의 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 갖게 형성한다.
도 3b를 참조하면, 상부 전극층(87)의 상부에 제2 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포하고 패터닝한 후, 상기 제2 포토레지스트를 마스크로 이용하여 상부 전극층(87)을 각기 직사각 평판의 형상을 가지며, 서로 소정의 거리만큼 이격되어 나란하게 형성된 제1 및 제2 상부 전극(85, 86)으로 패터닝한다(도 1참조). 제1 및 제2 상부 전극(85, 86)에는 각기 외부로부터 후에 형성되는 공통 전극선(77)을 통하여 제2 신호가 인가된다. 그리고, 상기 제2 포토레지스트를 제거한다.
계속하여, 상부 전극층(87)을 패터닝하는 방법과 동일한 방법으로 제2층(59)을 패터닝하여 각기 직사각 평판의 형상을 가지며, 서로 소정의 거리만큼 이격되어 나란하게 형성된 제1 및 제2 변형층(82, 83)을 형성한다. 이 경우, 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2 변형층(82, 83)은 각기 제1 및 제2 상부 전극(85, 86)보다 약간 넓은 직사각 평판의 형상을 갖게 패터닝된다.
이어서, 상술한 방법과 동일한 방법으로 하부 전극층(79)을 패터닝하여 각기 직사각 평판의 형상을 가지며 서로 소정의 거리만큼 분리된 제1 및 제2 하부 전극(80, 81)을 형성한다. 또한, 하부 전극층(79)을 패터닝할 때, 제1층(69)의 일측 상부에 제1 및 제2 하부 전극(80, 81)과 수직한 방향으로 공통 전극선(77)이 제1 및 제2 하부 전극(80, 81)과 동시에 형성된다. 제1 및 제2 하부 전극(80, 81)은 각기 제1 및 제2 변형층(82, 83)보다 약간 넓은 면적을 가지며, 공통 전극선(77)을 후에 형성되는 지지 라인(74)의 상부에 제1 및 제2 하부 전극(80, 81)과 소정의 거리만큼 이격되어 형성된다. 따라서, 제1 상부 전극(85), 제1 변형층(82) 및 제1 하부 전극(80)을 포함하는 제1 액츄에이팅부(90)와 제2 상부 전극(86), 제2 변형층(83) 및 제2 하부 전극(81)을 포함하는 제2 액츄에이팅부(91)가 완성된다.
계속하여, 제1층(69)을 패터닝하여 지지층(73), 지지 라인(74), 제1 앵커(71) 그리고 제2 앵커들(72a, 72b)을 포함하는 지지 요소(75)를 형성한다. 이 때, 제1층(69) 중 상기 3개의 사각형의 형상으로 노출된 식각 방지층(40)에 접촉되는 부분 중 양측부는 제2 앵커들(72a,72b)이 되며, 중앙부는 제1 앵커(71)가 된다. 제1 앵커(71) 및 제2 앵커들(72a,72b)은 각기 사각 상자의 형상을 가지며, 제1 앵커(71)의 아래에는 제2 금속층(30)의 홀이 형성되어 있다. 상기 지지층(73)은 직사각 고리의 형상을 가지며 지지 라인(74)과 일체로 형성된다. 이러한 상태에서 후에 제1 희생층(45)이 제거되면 도 1에 도시한 바와 같은 형상의 지지 요소(75)가 형성된다. 상기 직사각 고리의 형상을 갖는 지지층(73) 중 지지 라인(74)과 직교하는 방향으로 수평하게 연장된 2개의 암들 사이의 하부에는 상기 2개의 암들과 일체로 제1 앵커(71)가 형성되어 식각 방지층(40)에 부착되며, 상기 2개의 암들의 외측 하부에는 2개의 제2 앵커들(72a, 72b)이 각기 상기 2개의 암들과 일체로 형성되어 식각 방지층(40)에 부착된다. 함께 지지층(73)을 지지하는 제1 앵커(71) 및 제2 앵커들(72a,72b)은 지지층(73) 중 지지 라인(74)에 인접한 부분의 하부에 형성된다.
제1 및 제2 액츄에이팅부(90, 91)는 지지층(73) 중 지지 라인(74)과 직교하는 방향으로 수평하게 연장된 2개의 암들의 상부에 서로 나란하게 형성된다. 따라서, 제1 앵커(71)는 제1 및 제2 액츄에이팅부(90, 91) 사이에 형성되며, 제2 앵커들(72a, 72b)은 각기 제1 액츄에이팅부(90)의 외측 및 제2 액츄에이팅부(91)의 외측에 형성된다.
도 3c를 참조하면, 상기 지지 요소(75), 제1 및 제2 액츄에이팅부(90, 91)의 상부에 제3 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포하고 이를 패터닝하여 지지 라인(74) 상에 형성된 공통 전극선(77)으로부터 제1 및 제2 상부 전극(85, 86)의 일부를 노출시킨다. 이 때, 제1 앵커(71)로부터 제1 및 제2 하부 전극(80, 81)의 일부도 함께 노출된다.
이어서, 상기 노출된 부분에 아몰퍼스(amorphous) 실리콘 또는 저온 산화물인 산화규소 또는 오산화인 등을 증착하고 이를 패터닝함으로써, 제1 상부 전극(85)의 일부로부터 제1 변형층(82) 및 제1 하부 전극(80)을 통하여 지지층(73)의 일부까지 제1 절연층(65)을 형성하고, 동시에 제2 상부 전극(86)의 일부로부터 제2 변형층(83) 및 제2 하부 전극(81)을 통하여 지지층(73)의 일부까지 제2 절연층(66)을 형성한다. 제1 및 제2 절연층(65, 66)은 저압 화학 기상 증착 방법(LPCVD) 방법을 사용하여 각기 0.2∼0.4㎛ 정도의 두께를 갖게 형성한다.
계속하여, 아래에 제2 금속층(30)의 홀 및 제1 금속층(20)의 드레인 패드가 형성된 부분인 제1 앵커(71)의 중앙부로부터 제1 앵커(71), 식각 방지층(40), 제2 보호층(35) 및 제1 보호층(25)을 식각하여 상기 드레인 패드까지 비어 홀(50)을 형성한 후, 비어 홀(50)의 내부에 비어 컨택(60)을 형성하고, 비어 홀(50)로부터 제1 및 제2 하부 전극(80, 81)까지 각기 제1 및 제2 하부 전극 연결 부재(88, 89)를 형성한다( 도 1 참조). 이와 동시에, 제1 상부 전극(85)으로부터 제1 절연층(65) 및 지지층(73)의 일부를 통하여 공통 전극선(77)까지 제1 상부 전극 연결 부재(67)가 형성되며, 제2 상부 전극(86)으로부터 제2 절연층(66) 및 지지층(73)의 일부를 통하여 공통 전극선(77)까지 제2 상부 전극 연결 부재(68)가 형성된다.
상기 비어 컨택(60), 제1 및 제2 하부 전극 연결 부재(88, 89), 제1 및 제2 상부 전극 연결 부재(67, 68)는 각기 백금 또는 백금-탄탈륨을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법으로 0.1∼0.2㎛ 정도의 두께를 갖게 증착시킨 후, 상기 증착된 금속을 패터닝하여 형성한다. 제1 및 제2 상부 전극 연결 부재(67, 68)는 각기 제1 및 제2 상부 전극(85, 86)과 공통 전극선(77)을 연결하며, 제1 하부 전극(80)은 제1 하부 전극 연결 부재(88) 및 비어 컨택(60)을 통하여 제1 금속층(20)의 드레인 패드와 연결되며, 제2 하부 전극(81)은 제2 하부 전극 연결 부재(89) 및 비어 컨택(60)을 통하여 드레인 패드와 연결된다.
도 3d를 참조하면, 제1 및 제2 액츄에이팅부(90, 91)와 지지 요소(75)의 상부에 폴리-실리콘을 저압 화학 기상 증착 방법으로 제1 및 제2 액츄에이팅부(90, 91)를 덮을 수 있도록 충분한 높이를 갖는 제2 희생층(95)을 형성한다. 이어서, 상기 제2 희생층(95)의 상부가 평탄한 면을 갖도록 화학 기계적 연마(CMP) 방법을 이용하여 제2 희생층(95)의 표면을 평탄화시킨다. 계속하여, 거울(99) 및 포스트(98)를 형성하기 위하여 제2 희생층(95)을 패터닝함으로써, 상기 사각 고리의 형상을 갖는 지지층(73) 중 지지 라인(74)과 인접하지 않고 평행하게 형성된 부분의 일부를 노출시킨다. 다음에, 상기 노출된 지지층(73)의 일부 및 제2 희생층(95)의 상부에 알루미늄(Al)과 같은 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 사용하여 증착하고 상기 증착된 금속을 패터닝하여 사각 평판의 형상을 갖는 거울(99)과 거울(99)을 지지하는 포스트(95)를 동시에 형성한다.
그리고, 플루오르화 크세논(XeF2) 또는 플루오르화 브롬(BrF2)을 사용하여 상기 제1 희생층(45) 및 제2 희생층(95)을 제거하고 세정 및 건조 처리를 수행하여 도 1에 도시한 바와 같은 AMA 소자를 완성한다. 상기와 같이 제2 희생층(95)이 제거되면 제2 희생층(95)의 위치에 제2 에어 갭(97)이 형성되고 제1 희생층(45)이 제거되면 제1 희생층(45)의 위치에 제1 에어 갭(47)이 형성된다.
그러나, 상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 액츄에이터가 인가되는 제1 및 제2 신호에 의해 구동을 반복할수록 변형층의 열화가 가속되어 변형층의 압전 특성이 저하되는 문제가 발생한다. 즉, 상술한 액츄에이터는 통상 106사이클(cycle) 정도로 구동을 반복시키면, 액츄에이터의 구동층인 변형층이 열화되어 신호가 인가되어도 액츄에이터가 원하는 각도로 만큼의 변형을 일으키지 못하게 되며, 이로 인하여 스크린에 투영되는 화상의 화질이 저하되는 문제를 야기시킨다. 더욱이, 종래의 백금 상부 전극/PZT 변형층/백금 하부 전극의 구조는 인가되는 전기적인 신호에 의한 변형층의 열화뿐만 아니라 광원으로부터 입사되는 광에 의해서도 변형층의 광학적인 열화가 촉진하는 경우가 많았다.
따라서, 본 발명의 목적은 변형층의 열화를 방지할 수 있는 물질로 구성된 상부 전극 및 하부 전극을 형성함으로써, 변형층의 전기적인 열화 및 광학적인 열화를 방지하여 액츄에이터의 구동 특성을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 장치를 A1­A2선으로 자른 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 사시도이다.
도 5는 도 4에 도시한 장치를 B1­B2선으로 자른 단면도이다.
도 6은 도 4에 도시한 장치를 C1­C2선으로 자른 단면도이다.
도 7a 내지 도 7g는 도 5 및 도 6에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 액티브 매트릭스 101 : 기판
120 : 트랜지스터 135 : 제1 금속층
140 : 제1 보호층 145 : 제2 금속층
150 : 제2 보호층 155 : 식각 방지층
160 : 제1 희생층 170 : 지지층
171 : 제1 앵커 172a, 172b : 제2 앵커
174 : 지지 라인 175 : 지지 요소
180 : 하부 전극 190, 191 : 제1 및 제2 변형층
200, 201 : 제1 및 제2 상부 전극 210 : 액츄에이터
220, 221 : 제1 및 제2 절연층 250 : 포스트
260 : 거울 270 : 비어 홀
280 : 비어 컨택 300 : 제2 희생층
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, MOS 트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드를 갖는 제1 금속층을 포함하는 액티브 매트릭스에 제1 희생층을 형성한 후, 상기 제1 희생층의 상부에 제1층, LSCO((La0.5Sr0.5)CoO3)로 이루어진 하부 전극층, 제2층 및 하부 전극층과 동일한 물질로 구성된 상부 전극층을 형성하고, 상기 상부 전극층, 상기 제2층 및 상기 하부 전극층을 패터닝하여 제1 상부 전극, 제2 상부 전극, 제1 변형층, 제2 변형층 및 하부 전극을 포함하는 액츄에이터를 형성한다. 이어서, 상기 제1층을 패터닝하여 지지 라인, 지지층 그리고 제1 앵커 및 제2 앵커들을 포함하는 지지 요소를 형성한 다음, 상기 액츄에이터의 상부에 거울을 형성한다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, PNZT와 같은 압전 물질로 이루어진 변형층의 상부 및 하부에 각기 LSCO로 구성된 상부 전극 및 하부 전극을 형성함으로써, 변형층과 전극들 사이의 계면에서 변형층을 구성하는 압전 물질의 산소 베이컨시(vacancy)를 안정화시키고 변형층의 열화를 방지하여 액츄에이터가 반복하여 구동하는 동안 변형층의 압전 특성을 유지할 수 있다. 따라서, 액츄에이터 상부의 거울에 의해 반사되어 스크린에 투영되는 화상의 화질을 개선할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, LSCO로 이루어진 상부 전극 및 하부 전극은 입사광에 의한 변형층의 열화도 방지할 수 있는 이점이 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치를 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 사시도를 도시한 것이며, 도 5는 도 4의 장치를 B1­B2선으로 자른 단면도를 도시한 것이며, 도 6은 도 5의 장치를 C1­C2선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(100), 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 지지 요소(175), 지지 요소(175)의 상부에 형성된 액츄에이터(210), 그리고 액츄에이터(210)의 상부에 형성된 거울(260)을 포함한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 액티브 매트릭스(100)는, M×N(M, N은 자연수) 개의 P-MOS 트랜지스터(120)가 내장된 기판(101), 상기 MOS 트랜지스터(120)의 드레인(105) 및 소오스(110)로부터 연장되어 기판(101)의 상부에 형성된 제1 금속층(135), 제1 금속층(135)의 상부에 형성된 제1 보호층(140), 제1 보호층(140)의 상부에 형성된 제2 금속층(145), 제2 금속층(145)의 상부에 형성된 제2 보호층(150), 그리고 제2 보호층(150)의 상부에 형성된 식각 방지층(155)을 포함한다.
도 4를 참조하면, 상기 지지 요소(175)는, 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 지지 라인(174), 지지 라인(174)과 일체로 형성되며 사각 고리의 형상을 갖는 지지층(170), 그리고 지지층(170) 중 상기 지지 라인(174)과 인접한 부분 하부의 액티브 매트릭스(100)에 각기 접촉되어 지지층(170)을 지지하는 제1 앵커(171) 및 제2 앵커들(172a, 172b)을 포함한다. 상기 지지 라인(174) 상에는 공통 전극선(240)아 형성되며, 지지 라인(174)은 공통 전극선(240)을 지지하는 기능을 한다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 상기 액츄에이터(210)는 하부 전극(180), 제1 변형층(190), 제1 상부 전극(200), 제2 변형층(191) 그리고 제2 상부 전극(201)을 포함한다.
상기 하부 전극(180)은 사각 고리의 형상을 갖는 지지층(170)의 상부에 상기 지지 라인(174)에 대하여 소정의 거리만큼 이격된 거울상의 'ㄷ'자형으로 형성되며, 제1 및 제2 변형층(190, 191)은 각기 상기 하부 전극(180)의 2개의 암들의 상부에 직사각 평판의 모양으로 형성되며, 제1 및 제2 상부 전극(200, 201)은 각기 제1 및 제2 변형층(190, 191)의 상부에 제1 및 제2 변형층(190, 191)보다 좁은 면적의 직사각 평판의 모양으로 형성된다. 상기 거울상의 'ㄷ'자 형상을 갖는 하부 전극(180)은 제1 앵커(171)를 향하여 계단형으로 연장된 돌출부들을 갖는다. 상기 하부 전극(180)의 돌출부들은 서로 대응하여 제1 앵커(171)의 상부까지 연장된다.
상기 제1 앵커(171)는 식각 방지층(155) 중 아래에 제1 금속층(135)의 드레인 패드가 형성된 부분 상에 형성된다. 제1 앵커(171)의 중앙부에는 식각 방지층(155), 제2 보호층(150), 제2 금속층(145)의 홀(147) 및 제1 보호층(140)을 통하여 제1 금속층(135)의 드레인 패드까지 비어 홀(270)이 형성된다. 상기 제1 앵커(171)는 거울상의 'ㄷ'자 형의 하부 전극(180)의 하부 사이에 형성되며, 제2 앵커들(172a, 172b)은 각기 하부 전극(180)의 외측 하부에 형성된다.
상기 비어 홀(270) 내부에 형성된 비어 컨택(280)은 드레인 패드로부터 비어 홀(270)을 통하여 하부 전극(180)의 돌출부들까지 연장되어 드레인 패드와 하부 전극(180)을 연결한다.
상기 제1 상부 전극(200)의 일부로부터 제1 변형층(190) 및 하부 전극(180)을 통하여 지지층(170)의 일부까지 제1 절연층(220)이 형성되며, 제1 상부 전극 연결 부재(230)는 제1 절연층(220) 및 지지층(170)의 일부를 통하여 상기 공통 전극선(240)까지 형성된다. 제1 상부 전극 연결 부재(230)는 제1 상부 전극(200)과 공통 전극선(240)을 연결하며, 제1 절연층(220)은 제1 상부 전극(200)과 하부 전극(180)이 서로 연결되어 이들 사이에 전기적인 단락(short)이 일어나는 것을 방지한다.
또한, 제2 상부 전극(201)의 일부로부터 제2 변형층(191) 및 하부 전극(180)을 통하여 지지층(170)의 일부까지 제2 절연층(221)이 형성되며, 제2 상부 전극 연결 부재(231)가 제2 절연층(221) 및 지지층(170)의 일부를 통하여 상기 공통 전극선(240)까지 형성된다. 제2 상부 전극 연결 부재(231)는 제2 상부 전극(201)과 공통 전극선(240)을 연결하며, 제2 절연층(221)은 제2 상부 전극(201)과 하부 전극(180)이 서로 연결되어 이들 사이에 전기적인 단락이 일어나는 것을 방지한다. 제2 상부 전극 연결 부재(231) 및 제2 절연층(221)은 각기 제1 상부 전극 연결 부재(230) 및 제1 절연층(220)과 나란하게 형성된다.
이하 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 7a 내지 도 7g는 도 5 및 도 6에 도시한 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 7a 내지 도 7g에 있어서, 도 5 및 도 6과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 7a를 참조하면, 먼저 n형으로 도핑된 실리콘 웨이퍼인 기판(101)에 통상의 소자 분리 공정인 실리콘 부분 산화법(LOCOS)을 이용하여 액티브 영역과 필드 영역을 구분하기 위한 소자 분리막(125)을 형성한다. 이어서, 상기 액티브 영역의 상부에 불순물이 도핑된 폴리-실리콘과 같은 도전 물질로 이루어진 게이트(115)를 형성한 후, 이온 주입 공정으로 p+소오스(110) 및 드레인(105)을 형성함으로써, 기판(101)에 M×N(M, N은 자연수) 개의 P-MOS 트랜지스터(120)를 형성한다.
상기 P-MOS 트랜지스터(120)가 형성된 결과물의 상부에 산화물로 이루어진 절연막을 형성한 후, 사진 식각 방법을 사용하여 상기 소오스(110) 및 드레인(105)의 일측 상부를 각각 노출시키는 개구부(147)들을 형성한다. 이어서, 상기 개구부(147)들이 형성된 결과물의 상부에 티타늄, 질화티타늄, 텅스텐 및 질화물 등으로 이루어진 제1 금속층(135)을 증착한 후 제1 금속층(135)을 사진 식각 방법으로 패터닝한다. 이와 같이 패터닝된 제1 금속층(135)은 상기 P-MOS 트랜지스터(120)의 드레인(105)으로부터 지지층(170)을 지지하는 제1 앵커(171)까지 연장되는 드레인 패드를 포함한다.
상기 제1 금속층(135) 및 기판(101)의 상부에는 제1 보호층(140)이 형성된다. 제1 보호층(140)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 약 8000Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 제1 보호층(140)은 후속하는 공정 동안 상기 P-MOS 트랜지스터(120)가 내장된 기판(101)이 손상을 입는 것을 방지한다.
제1 보호층(140)의 상부에는 제2 금속층(145)이 형성된다. 제2 금속층(145)은 티타늄을 스퍼터링 방법을 이용하여 약 300Å 정도의 두께로 티타늄층을 형성한 후, 상기 티타늄층의 상부에 질화티타늄을 물리 기상 증착 방법(PVD)을 사용하여 약 1200Å 정도의 두께로 질화티타늄층을 형성함으로써 완성된다. 제2 금속층(145)은 광원(도시되지 않음)으로부터 입사되는 광이 거울(260)뿐만 아니라, 거울(260)이 덮고 있는 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(100)에 광 누설 전류(photo leakage current)가 흘러 소자가 오동작을 일으키는 것을 방지한다. 이어서, 제2 금속층(145) 중 후속 공정에서 비어 홀(270)이 형성될 부분, 즉 그 아래에 제1 금속층(135)의 드레인 패드가 형성되어 있는 부분을 식각하여 제2 금속층(145)에 홀(147)을 형성한다.
상기 제2 금속층(145)의 상부에는 제2 보호층(150)이 형성된다. 제2 보호층(150)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착 방법을 사용하여 약 2000Å 정도의 두께를 갖게 형성한다. 제2 보호층(150)은 후속하는 공정 동안 상기 기판(101) 및 기판(101) 상에 형성된 상기 결과물들이 손상을 입게 되는 것을 방지한다.
제2 보호층(150)의 상부에는 식각 방지층(155)이 형성된다. 식각 방지층(155)은 제2 보호층(150) 및 상기 기판(101) 상의 결과물들이 후속되는 식각 공정으로 인하여 식각되는 것을 방지한다. 식각 방지층(155)은 산화규소(SiO2) 또는 오산화인(P2O5) 등의 저온 산화물(LTO)로 이루어진다. 식각 방지층(155)이 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 사용하여 약 350∼450℃ 정도의 온도에서 약 0.2∼0.8㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성됨으로써, 기판(101), 제1 금속층(135), 제1 보호층(140), 제2 금속층(145), 제2 보호층(150) 및 식각 방지층(155)을 포함하는 액티브 매트릭스(100)가 완성된다.
상기 식각 방지층(155)의 상부에는 제1 희생층(160)이 적층된다. 제1 희생층(160)은 액츄에이터(210)를 구성하는 박막들의 적층을 용이하게 하는 기능을 수행한다. 제1 희생층(160)은 폴리-실리콘을 약 500℃ 이하의 온도에서 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 약 2.0∼3.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 이어서, 제1 희생층(160)의 표면을 화학 기계적 연마(CMP) 방법을 이용하여 연마함으로써 제1 희생층(160)이 약 1.1㎛ 정도의 두께를 갖도록 그 표면을 평탄화시킨다.
도 7b는 제1 희생층(160)을 패터닝한 상태를 나타내는 평면도이다. 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제1 희생층(160)의 상부에 제1 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포하고 이를 패터닝한 후, 상기 제1 포토레지스트를 마스크로 이용하여 제1 희생층(160) 중 아래에 제2 금속층(145)의 홀(147)이 형성된 부분 및 이와 양측으로 인접한 부분들을 식각하여 식각 방지층(155)의 일부를 노출시킴으로써, 후에 형성되는 지지층(170)을 지지하는 제1 앵커(171) 및 제2 앵커들(172a, 172b)이 형성될 위치를 만든다. 이에 따라, 상기 식각 방지층(155)이 소정의 거리만큼 이격된 3개의 사각형의 형상으로 노출된다. 그리고, 상기 제1 포토레지스트를 제거한다.
도 7c를 참조하면, 제1층(169)은 상기와 같이 3개의 사각형으로 노출된 식각 방지층(155)의 상부 및 제1 희생층(160)의 상부에 적층된다. 제1층(169)은 질화물 또는 금속과 같은 경질의 물질을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 약 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 제1층(169)은 후에 지지 요소(175)로 패터닝되며, 지지 요소(175)는 액츄에이터(210)를 지지하는 지지층(170), 공통 전극선(240)을 지지하는 지지 라인(174), 그리고 지지층(170)을 지지하는 제1 앵커(171) 및 제2 앵커들(172a, 172b)로 이루어진다. 이 경우, 제1층(169) 중 상기 3개의 사각형으로 노출된 식각 방지층(155) 상에 부착된 부분 중 가운데 사각형의 식각 방지층(155)에 부착되는 부분은 제1 앵커(171)가 되며, 양측 사각형의 식각 방지층(155)에 부착되는 부분은 제2 앵커들(172a, 172b)이 된다.
하부 전극층(179)은 상기 제1층(179)의 상부에 적층된다. 하부 전극층(179)은 LSCO((La0.5Sr0.5)CoO3를 사용하여 형성한다. 하부 전극층(179)은 스퍼터링 방법, 스핀 코팅 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 약 100㎚의 두께를 갖도록 형성한다. 상기 하부 전극층(179)은 후에 외부로부터 제1 신호(화상 신호)가 인가되며, 제1 앵커(171)를 향하여 서로 대응하는 돌출부들이 형성된 거울상의 'ㄷ'자의 형상을 갖는 하부 전극(180)으로 패터닝된다.
상기 하부 전극층(179)의 상부에는 PNZT((Pb, Zr)(Ti, Nb)O3), PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질로 이루어진 제2층(189)이 적층된다. 제2층(189)은 졸-겔법, 스퍼터링 방법, 스핀 코팅 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 약 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 바람직하게는, 상기 제2층(189)은 PNZT를 스핀 코팅하여 약 0.4㎛ 정도의 두께를 갖게 형성한다. 이어서, 상기 제2층(189)을 구성하는 압전 물질을 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 제2층(189)은 후에 제1 상부 전극(200)과 하부 전극(180) 사이에 발생하는 제1 전기장에 의하여 변형을 일으키는 제1 변형층(190) 및 제2 상부 전극(210)과 하부 전극(180) 사이에 발생하는 제2 전기장에 의하여 변형을 일으키는 제2 변형층(191)으로 패터닝된다.
상부 전극층(199)은 제2층(189)의 상부에 형성된다. 상부 전극층(199)은 상기 하부 전극층(179)과 동일한 물질인 LSCO를 스퍼터링 방법, 스핀 코팅 방법 또는 화학 기상 증착 방법으로 약 100㎚의 두께를 갖도록 형성한다. 상기 상부 전극층(199)은 각기 직사각 평판의 형상을 갖고 서로 소정의 거리만큼 이격되어 나란하게 형성된 제1 및 제2 상부 전극(200, 201)으로 패터닝된다.
도 7d를 참조하면, 상기 상부 전극층(199)의 상부에 제2 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포하고 이를 패터닝한 후, 상기 제2 포토레지스트를 마스크로 이용하여 상부 전극층(199)을 패터닝하여 각기 직사각 평판의 형상을 가지며, 서로 소정의 거리만큼 이격되어 나란하게 형성된 제1 상부 전극(200) 및 제2 상부 전극(201)을 형성한다. 제1 및 제2 상부 전극(200, 201)에는 후에 형성되는 공통 전극선(240)을 통하여 각기 제2 신호(바이어스 신호)가 인가된다.
이어서, 상부 전극층(199)을 패터닝하는 방법과 동일한 방법으로 제2층(189)을 패터닝하여 각기 직사각 평판의 형상을 가지며 서로 소정의 거리만큼 이격되어 나란하게 형성된 제1 변형층(190) 및 제2 변형층(191)을 형성한다. 이 경우, 제1 및 제2 변형층(190, 191)은 각기 제1 및 제2 상부 전극(200, 201)보다 넓은 면적을 갖는다. 제1 변형층(190)은 제1 상부 전극(200)과 하부 전극(180) 사이의 전위차에 따라 발생하는 제1 전기장에 의하여 변형을 일으키며, 제2 변형층(191)은 제2 상부 전극(201)과 하부 전극(180) 사이의 전위차에 따라 발생하는 제2 전기장에 의하여 변형을 일으킨다.
계속하여, 상술한 방법으로 하부 전극층(179)을 패터닝하여 후에 형성되는 제1 앵커(171)를 향하여(즉, 아래에 제2 금속층(147)의 홀(147)이 형성된 방향을 향하여) 계단형으로 돌출부가 형성된 거울상의 'ㄷ'자의 형상을 갖는 하부 전극(180)을 형성한다.
또한, 상기 하부 전극층(179)을 패터닝할 때, 제1층(169)의 일측 상부에 하부 전극(180))과 수직한 방향으로 공통 전극선(240)이 하부 전극(180)과 동시에 형성된다. 상기 거울상의 'ㄷ'자형의 하부 전극(180)의 2개의 암들은 각기 제1 및 제2 변형층(190, 191)보다 약간 넓은 면적을 가지며, 공통 전극선(240)은 후에 형성되는 지지 라인(174)의 상부에 하부 전극(180)과 소정의 거리만큼 이격되어 형성된다. 따라서, 제1 및 제2 상부 전극(200, 201), 제1 및 제2 변형층(190, 191) 그리고 하부 전극(180)을 포함하는 액츄에이터(210)가 완성된다.
계속하여, 제1층(169)을 패터닝하여 지지층(170), 지지 라인(174), 제1 앵커(171) 그리고 제2 앵커들(172a, 172b)을 포함하는 지지 요소(175)를 형성한다. 이 때, 제1층(169) 중 상기 3개의 사각형으로 노출된 식각 방지층(155)에 접촉되는 부분 중 양측부는 제2 앵커들(172a,172b)이 되며, 중앙부는 제1 앵커(171)가 된다. 제1 앵커(171) 및 제2 앵커들(172a,172b)은 각기 사각 상자의 형상을 가지며, 제1 앵커(171)의 아래에는 제2 금속층(145)의 홀(147) 및 제1 금속층(135)의 드레인 패드가 형성되어 있다.
상기 지지층(170)은 하부 전극(180) 보다는 넓은 직사각 고리의 형상을 가지며 지지 라인(174)과 일체로 형성된다. 이러한 상태에서 후에 제1 희생층(160)이 제거되면 도 4에 도시한 바와 같은 형상의 지지 요소(175)가 형성된다. 즉, 지지층(170)은 직사각 고리의 형상을 갖고 지지 라인(174)과 동일 평면상에서 직교하는 방향을 따라 지지 라인(174)의 일측에 형성되며, 상기 직사각 고리 형상을 갖는 지지층(170) 중 지지 라인(174)과 직교하는 방향으로 수평하게 연장된 2개의 암들 사이의 하부에는 상기 2개의 암들과 일체로 제1 앵커(171)가 형성되어 식각 방지층(155)에 부착되며, 상기 2개의 암들의 외측 하부에는 2 개의 제2 앵커들(172a, 172b)이 각기 상기 2개의 암들과 일체로 형성되어 식각 방지층(155)에 부착된다. 함께 지지층(170)을 지지하는 제1 앵커(171) 및 제2 앵커들(172a,172b)은 지지층(170) 중 지지 라인(174)에 인접한 부분의 하부에 형성된다. 그리고, 제1 앵커(171) 주변 상부의 하부 전극(180)으로부터 제1 앵커(171)를 향하여 계단 모양으로 하부 전극(180)의 돌출부들이 형성되어 있다.
상기 하부 전극(180)은 지지층(170) 중 지지 라인(174)과 직교하는 방향으로 수평하게 연장된 2개의 암들의 상부에 형성된다. 따라서, 제1 앵커(171)는 거울상의 'ㄷ'자형의 하부 전극(180) 사이에 형성되며, 제2 앵커들(172a, 172b)은 각기 하부 전극(180)의 외측에 형성된다.
계속하여, 상기 지지 요소(175) 및 액츄에이터(210)의 상부에 제3 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포하고 이를 패터닝하여 지지 라인(174) 상에 형성된 공통 전극선(240)으로부터 제1 및 제2 상부 전극(200, 201)의 일부를 노출시킨다. 이 때, 제1 앵커(171)로부터 하부 전극(180)의 돌출부들까지도 함께 노출된다.
이어서, 상기 노출된 부분에 아몰퍼스(amorphous) 실리콘 또는 저온 산화물인 산화규소 또는 오산화인 등을 증착하고 이를 패터닝함으로써, 제1 상부 전극(200)의 일부로부터 제1 변형층(190) 및 하부 전극(180)을 통하여 지지층(170)의 일부까지 제1 절연층(220)을 형성하고, 동시에 제2 상부 전극(201)의 일부로부터 제2 변형층(191) 및 하부 전극(180)을 통하여 지지층(170)의 일부까지 제2 절연층(221)을 형성한다. 제1 절연층(220) 및 제2 절연층(221)은 저압 화학 기상 증착 방법(LPCVD) 방법을 사용하여 각기 0.2∼0.4㎛ 정도, 바람직하게는 0.3㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다.
도 7e는 비어 컨택(280)을 형성한 상태를 나타내는 단면도이다. 도 7d 및 도 7e를 참조하면, 아래에 제2 금속층(145)의 홀(147) 및 제1 금속층(135)의 드레인 패드가 형성된 부분인 제1 앵커(171)의 상부로부터 제1 앵커(171), 식각 방지층(155), 제2 보호층(150) 및 제1 보호층(140)을 식각하여 상기 드레인 패드까지 비어 홀(270)을 형성한 후, 비어 홀(270)의 내부 및 비어 홀(270)로부터 하부 전극(180)의 돌출부들까지 비어 컨택(280)을 형성한다. 이와 동시에, 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 상부 전극(200)으로부터 제1 절연층(230) 및 지지층(170)의 일부를 통하여 공통 전극선(240)까지 제1 상부 전극 연결 부재(230)와, 제2 상부 전극(201)으로부터 제2 절연층(231) 및 지지층(170)의 일부를 통하여 공통 전극선(240)까지 제2 상부 전극 연결 부재(231)가 형성된다.
상기 비어 컨택(280), 제1 및 제2 상부 전극 연결 부재(230, 231)는 각기 백금 또는 백금-탄탈륨을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 사용하여 0.1∼0.2㎛ 정도의 두께를 갖도록 증착시킨 후, 상기 증착된 금속을 패터닝하여 형성한다. 제1 및 제2 상부 전극 연결 부재(230, 231)는 각기 제1 및 제2 상부 전극(200, 201)과 공통 전극선(240)을 연결한다. 하부 전극(180)은 그 돌출부들 및 비어 컨택(280)을 통하여 제1 금속층(135)의 드레인 패드와 연결된다.
도 7f를 참조하면, 상기 액츄에이터(210) 및 지지 요소(175)의 상부에 제4 포토레지스트를 스핀 코팅 방법으로 도포하여 제2 희생층(300)을 형성한다. 제2 희생층(300)은 액츄에이터(210)를 완전히 덮을 수 있도록 충분한 높이를 갖게 형성된다. 이어서, 포스트(250) 및 거울(260)을 형성하기 위하여 제2 희생층(300)을 패터닝함으로써, 상기 거울상의 'ㄷ'자형의 하부 전극(180) 중 제1 및 제2 상부 전극(200, 201)이 형성되지 않은 부분의 일부(즉, 공통 전극선(240)에 대하여 평행하게 이격된 부분의 일부)를 노출시킨다.
도 7g를 참조하면, 제2 희생층(300)의 상부에 반사성을 갖는 알루미늄(Al)과 같은 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 사용하여 증착하고, 상기 증착된 금속을 패터닝하여 사각 평판의 형상을 갖는 거울(260)과 거울(260)을 지지하는 포스트(250)를 동시에 형성한다.
이어서, 상기 제2 희생층(300) 및 제1 희생층(160)을 플루오르화 크세논(XeF2) 또는 플루오르화 브롬(BrF2) 증기를 사용하여 제거한다. 제1 및 제2 희생층(160, 300)이 제거되면 제2 희생층(300)의 위치에 제2 에어 갭(310)이 형성되며, 제1 희생층(160)의 위치에 제1 에어 갭(165)이 형성된다. 그리고, 세정 및 건조 처리를 수행하여 도 4에 도시한 바와 같은 AMA 소자를 완성한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 MOS 트랜지스터(120), 제1 금속층(120)의 드레인 패드 및 비어 컨택(280)을 통하여 하부 전극(180)에 인가되며, 동시에, 제1 및 제2 상부 전극(200, 201)에는 각기 외부로부터 공통 전극선(240), 제1 및 제2 상부 전극 연결 부재(230, 231)를 통하여 제2 신호가 인가된다. 따라서, 제1 상부 전극(200)과 하부 전극(180) 사이에 전위차에 따른 제1 전기장이 발생하며, 제2 상부 전극(201)과 하부 전극(180) 사이에 전위차에 따른 제2 전기장이 발생한다. 상기 제1 전기장에 의하여 제1 상부 전극(200)과 하부 전극(180) 사이의 제1 변형층(190)이 변형을 일으키며, 동시에 상기 제2 전기장에 의하여 제2 상부 전극(201)과 하부 전극(180) 사이의 제2 변형층(191)이 변형을 일으킨다.
제1 및 제2 변형층(190, 191)이 각기 제1 전기장 및 제2 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축함에 따라 제1 및 제2 변형층(190, 191)을 포함하는 액츄에이터(210)는 소정의 각도로 휘게 된다. 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하는 거울(260)은 포스트(250)에 의해 지지되어 액츄에이터(210)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(210)와 함께 경사진다. 따라서, 거울(260)은 입사광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, PNZT와 같은 압전 물질로 이루어진 변형층의 상부 및 하부에 각기 LSCO로 구성된 상부 전극 및 하부 전극을 형성함으로써, 변형층과 전극들 사이의 계면에서 변형층을 구성하는 압전 물질의 산소 베이컨시(vacancy)를 안정화시키고 변형층의 열화를 방지하여 액츄에이터가 반복하여 구동하는 동안 변형층의 압전 특성을 유지할 수 있다. 따라서, 액츄에이터 상부의 거울에 의해 반사되어 스크린에 투영되는 화상의 화질을 개선할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, LSCO로 이루어진 상부 전극 및 하부 전극은 입사광에 의한 변형층의 열화도 방지할 수 있는 이점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 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 (4)

  1. MOS 트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드를 갖는 제1 금속층을 포함하는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계;
    상기 액티브 매트릭스의 상부에 제1 희생층을 형성한 후, 상기 제1 희생층의 상부에 제1층, LSCO((La0.5Sr0.5)CoO3로 구성된 하부 전극층, 제2층 그리고 상기 하부 전극층과 동일한 물질로 이루어진 상부 전극층을 형성하는 단계;
    상기 상부 전극층, 상기 제2층 및 상기 하부 전극층을 패터닝하여 제1 상부 전극, 제2 상부 전극, 제1 변형층, 제2 변형층 및 하부 전극을 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계;
    상기 제1층을 패터닝하여 지지 라인, 지지층 그리고 제1 앵커 및 제2 앵커들을 포함하는 지지 수단을 형성하는 단계; 그리고
    상기 액츄에이터의 상부에 거울을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 상부 전극층 및 상기 하부 전극층을 형성하는 단계는 각기 스핀 코팅 방법, 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 상부 전극, 상기 제2 상부 전극 및 상기 하부 전극은 각기 약 100㎚의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 변형층(190) 및 상기 제2 변형층(191)은 각기 PNZT((Pb, Zr)(Ti, Nb)O3)를 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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