KR100271003B1 - 박막형 광로 조절 장치 - Google Patents

Abstract

액츄에이터의 초기 기울어짐을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치는, 액티브 매트릭스, 액츄에이터, 그리고 거울을 포함하며, 상기 액츄에이터는, 일측의 양측이 각기 액티브 매트릭스에 접촉되어 액츄에이터를 지지하는 제1 및 제2 앵커가 되며 일측의 중앙부가 에어 갭을 개재하여 상부로 돌출되어 타측을 향해 수평하게 형성된 지지층, 하부 전극, 변형층, 그리고 상부 전극을 포함하고, 상기 제1 및 제2 앵커의 일측에는 각기 제1 및 제2 보조 지지 부재가 서로 마주보며 형성된다. 액츄에이터의 초기 기울어짐의 원인이 되는 단차 경계면이 없고 보조 지지 부재를 갖는 지지층을 형성함으로써, 액츄에이터가 신호가 인가되지 않은 상태에서도 초기에 기울어지는 것을 방지할 수 있으므로 액츄에이터 상부에 형성된 거울의 반사각을 일정하게 유지하여 광원으로부터 입사되는 광의 광효율을 향상시킬 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치

본 발명은 AMA(Actuated Mirror Array)를 이용한 박막형 광로 조절 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액츄에이터의 초기 기울어짐(initial tilting)을 방지하여 액츄에이터 상부에 형성된 거울의 반사각을 일정하게 유지함으로써 입사광의 광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치에 관한 것이다.

광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 광로 조절 장치 또는 공간적 광 변조기(spatial light modulator)는 광통신, 화상 처리, 그리고 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 광변조기를 이용한 화상 처리 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시 장치(direct-view image display device)와 투사형 화상 표시 장치(projection-type image display device)로 구분된다.

직시형 화상 표시 장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다. 투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), DMD(Deformable Mirror Device) 및 AMA를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(transmissive spatial light modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기(reflective spatial light modulators)로 분류될 수 있다.

LCD와 같은 전송 광 변조기는 광학적 구조가 매우 간단하므로, 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 빛의 극성으로 인하여 광효율이 낮으며, 액정 재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답 속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광 변조기의 최대 광효율은 1 내지 2 % 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다. 따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 DMD 및 AMA와 같은 광 변조기가 개발되었다.

DMD는 5％ 정도의 비교적 양호한 광효율을 나타내지만, DMD에 채용된 힌지 구조물에 의해서 심각한 피로 문제가 발생할 뿐만 아니라, 매우 복잡하고 값비싼 구동 회로가 요구된다는 단점이 있다. AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사된 빛이 슬릿(slit)이나 핀홀(pinhole)과 같은 개구(aperture)를 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서, 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD나 DMD에 비해 높은 광효율(10% 이상의 광효율)을 얻을 수 있다. 또한, 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트(contrast)가 향상되어 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(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 1996년 11월 7일 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허출원 제96-52681호(발명의 명칭 : 박막형 광로 조절 장치의 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(50)를 포함한다.

M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드(5)가 형성된 상기 액티브 매트릭스(1)는, 액티브 매트릭스(1) 및 드레인 패드(5)의 상부에 형성된 보호층(10)과 보호층(10)의 상부에 형성된 식각 방지층(15)을 포함한다.

상기 액츄에이터(50)는, 상기 식각 방지층(15)중 아래에 드레인 패드(5)가 형성된 부분에 일측이 접촉되어 액츄에이터(50)를 지지하는 앵커(30a)가 되며 타측이 에어 갭(25)을 개재하여 수평하게 형성된 멤브레인(30), 멤브레인(30)의 상부에 형성된 하부 전극(35), 하부 전극(35)의 상부에 형성된 변형층(40), 스트라이프(45)를 갖고 상기 변형층(40)의 상부에 형성된 상부 전극(45), 그리고 상기 변형층(40)의 일측으로부터 상기 드레인 패드(5)의 상부까지 수직하게 형성된 비어 홀(60) 내에 상기 하부 전극(35)과 드레인 패드(5)가 연결되도록 형성된 비어 컨택(65)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, M×N 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. 보호층(10)은 후속하는 공정 동안 상기 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)가 손상을 입는 것을 방지한다.

상기 보호층(10)의 상부에는 식각 방지층(15)이 형성된다. 식각 방지층(15)은 질화물(nitride)을 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 식각되는 것을 방지한다.

상기 식각 방지층(15)의 상부에는 희생층(20)이 형성된다. 희생층(20)은 아몰퍼스(amorphous) 실리콘을 스퍼터링(sputtering) 방법으로 1．0∼3．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 액츄에이터(50)의 지지부인 앵커(30a)가 형성될 위치를 고려하여 상기 희생층(20) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(15)의 일부를 노출시킨다.

도 2b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(15)의 상부 및 상기 희생층(20)의 상부에 멤브레인(30)을 적층한다. 멤브레인(30)은 질화물을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 멤브레인(30)의 상부에는 알루미늄(Al) 또는 백금(Pt) 등의 금속으로 이루어진 하부 전극(35)이 형성된다. 하부 전극(35)은 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 하부 전극(35)에는 외부로부터 액티브 매트릭스(1)에 내장된 MOS 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(65)을 통하여 제1 신호(화상 신호)가 인가된다.

도 2c를 참조하면, 상기 하부 전극(35)의 상부에 변형층(40)을 형성한다. 변형층(40)은 압전 물질을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 변형층(40)의 상부에 상부 전극(45)을 형성한다. 상부 전극(45)은 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상부 전극(45)에는 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되며, 동시에 상부 전극(45)은 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울의 기능도 수행한다. 계속하여, 상부 전극(45)을 소정의 화소(pixel) 형상으로 패터닝한다. 이 때, 상부 전극(45)의 일측에는 상부 전극(45)을 균일하게 동작시켜 상부 전극(45) 중 변형층(40)의 변형에 따라 변형을 일으키는 부분과 변형되지 않는 부분의 경계에서 광원으로부터 입사되는 광이 난반사 되는 것을 방지하는 스트라이프(55)가 형성된다. 그리고, 상기 변형층(40) 및 하부 전극(35)을 각기 소정의 화소 형상을 갖도록 패터닝한다.

도 2d를 참조하면, 상기 변형층(40)의 일측으로부터 변형층(40), 하부 전극(35), 멤브레인(30), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 차례로 식각하여 드레인 패드(5)가 노출되도록 비어 홀(60)을 형성한다. 이어서, 비어 홀(60) 내부에 텅스텐(W) 또는 티타늄(Ti) 등의 금속을 증착시켜 상기 하부 전극(35)과 드레인 패드(5)가 연결되도록 비어 컨택(65)을 형성한다. 따라서, 하부 전극(35)과 드레인 패드(5)는 비어 컨택(65)을 통하여 서로 전기적으로 연결되어 상기 하부 전극(35)에 외부로부터 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(65)을 통하여 제1 신호가 인가될 수 있다.

계속하여, 상기 멤브레인(30)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한 후, 플루오르화 수소(HF) 증기를 이용하여 상기 희생층(20)을 식각하고, 세정 및 건조하여 박막형 광로 조절 장치를 완성한다. 상기 희생층(20)이 제거되면 희생층(20)의 위치에 에어 갭(25)이 형성된다.

상기 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 제1 신호는 외부로부터 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(65)을 통해 하부 전극(35)에 인가된다. 동시에, 상부 전극(45)에는 외부로부터 제2 신호가 인가되어 상부 전극(45)과 하부 전극(35) 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 변형층(40)이 변형을 일으킨다. 변형층(40)은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 따라서 액츄에이터(50)는 멤브레인(30)이 형성되어 있는 방향의 반대 방향으로 휘게 된다. 액츄에이터(50)의 상부에 형성된 상부 전극(45)은 거울의 기능도 수행하므로 상기 변형층(40)의 변형에 따라 소정의 각도를 가지고 상기 멤브레인(30)이 형성되어 있는 방향의 반대 방향으로 경사진다. 그러므로, 광원으로부터 입사된 광은 소정의 각도로 경사진 상부 전극(45)에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.

그러나 상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 액츄에이터의 지지부인 앵커를 형성하기 위하여 희생층을 패터닝할 때, 발생하는 단차 경계면을 따라 후속하여 액츄에이터를 형성하는 공정 동안 잔류 응력 및 지지부 방향으로의 응력 변화도(stress gradient) 등의 변형 구동력이 집중되어 액츄에이터가 신호가 인가되지 않은 초기에도 기울어지는 문제점이 있다. 이를 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 도 2a에 도시한 희생층을 패터닝한 상태를 나타내는 평면도이며, 도 4는 도 2에 도시한 장치 중 액츄에이터의 초기 기울어짐을 설명하기 위한 단면도이다. 도 3을 참조하면, 상기 액츄에이터(50)의 지지부인 앵커(30a)를 형성하기 위하여 희생층(20) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성된 부분 및 이와 인접한 부분을 사각형의 형상으로 패터닝하여 식각 방지층(15)의 일부를 노출시킨다(B부분). 이와 같이 노출된 부분(B부분)과 희생층(20)의 상부에 여러 박막들이 적층되어 액츄에이터(50)를 형성한다. 이 때, 상기 사각형으로 패터닝된 부분(B부분) 중 액츄에이터(50)의 구동부 쪽의 굵은 실선으로 표시한 단차 경계면(A부분)을 따라 후속하여 적층되는 박막들 사이에 발생하는 잔류 응력 및 액츄에이터(50)의 지지부와 구동부의 두께 차이에 의한 응력 변화도 등의 변형 구동력이 집중되어 도 4에 도시한 바와 같이 신호가 인가되지 않은 상태에서도 액츄에이터(50)가 δ만큼의 초기 변형량을 갖게 된다. 이와 같이 액츄에이터(50)가 초기에 휘어지게 되면, 거울의 기능을 수행하는 상부 전극(45)의 반사각을 일정하게 유지할 수 없으며, 결국 상부 전극(45)에 의해 반사되는 광의 광효율이 저하되는 문제가 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 액츄에이터의 초기 기울어짐을 방지하여 액츄에이터 상부에 형성되는 거울의 반사각을 일정하게 유지함으로써, 입사광의 광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치를 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 도 2a에 도시한 희생층을 패터닝한 상태를 나타내는 평면도이다.

도 4는 도 1에 도시한 장치 중 액츄에이터의 초기 기울어짐을 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.

도 6은 도 5에 도시한 장치를 C­C' 선으로 자른 단면도이다.

도 7은 도 6의 장치 중 액츄에이터와 거울을 확대한 사시도이다.

도 8a 내지 도 8f는 도 6에 도시한 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100 : 액티브 매트릭스 105 : 드레인

110 : 소스 155 : 제1 금속층

160 : 제1 보호층 165 : 제2 금속층

170 : 제2 보호층 175 : 식각 방지층

180 : 제1 희생층 185 : 지지층

185a : 제1 앵커 185b : 제2 앵커

190 : 하부 전극 195 : 변형층

200 : 상부 전극 205 : 액츄에이터

210 : 비어 홀 230 : 거울

240 : 제2 희생층 250 : 연결 부재

270a : 제1 보조 지지 부재 270b : 제2 보조 지지 부재

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터, 그리고 상기 액츄에이터의 상부에 형성된 거울을 포함하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다. 상기 액티브 매트릭스는 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드를 갖는 제1 금속층을 포함한다. 상기 액츄에이터는, ⅰ) 일측의 양측이 각기 상기 드레인 패드가 형성된 부분 및 이와 인접한 부분의 상기 액티브 매트릭스 상에 접촉되어 액츄에이터를 지지하는 제1 앵커 및 제2 앵커가 되며 상기 일측의 중앙부가 에어 갭을 개재하여 상부로 돌출되어 타측을 향해 수평하게 연장된 지지층, ⅱ) 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, ⅲ) 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 그리고 ⅳ) 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극을 포함한다.

상기 제1 앵커의 일측 및 상기 지지층의 중앙부의 하단에는 제1 보조 지지 부재가 형성되며, 상기 제1 보조 지지 부재에 대향하여 상기 제2 앵커의 일측 및 상기 지지층의 중앙부의 하단에는 제2 보조 지지 부재가 형성된다. 거울은 상기 액츄에이터의 상부에 형성된다. 상기 제1 앵커 및 제1 보조 지지 부재는 凸자의 형상을 가지며, 상기 제2 앵커 및 상기 제2 보조 지지 부재는 상기 제1 앵커 및 제1 보조 지지 부재와 서로 마주보는 凸자의 형상을 갖는다.

상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 제1 금속층의 드레인 패드 및 연결 부재를 통해 하부 전극에 인가된다. 동시에, 상부 전극에는 외부로부터 제2 신호가 인가되어 상부 전극과 하부 전극 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성된 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층이 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축함에 따라 변형층을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도로 휘게 된다. 빛을 반사하는 거울은 상부 전극의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터와 함께 경사진다. 이에 따라서, 거울은 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 빛은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.

본 발명에 따른 광로 조절 장치 및 제조 방법에 의하면, 일측의 양측이 각기 식각 방지층 중 아래에 드레인 패드가 형성된 부분 및 이와 인접한 부분에 접촉되어 액츄에이터를 지지하며 각기 서로 대향하는 제1 보조 지지 부재 및 제2 보조 지지 부재를 갖는 제1 앵커 및 제2 앵커가 되며, 일측의 중앙부가 에어 갭을 개재하여 상부로 돌출되어 타측을 향해 수평하게 연장되는 지지층을 형성한다. 따라서, 액츄에이터의 초기 기울어짐의 원인이 되는 지지층의 단차 경계면이 생성되지 않도록 하고, 액츄에이터를 형성하는 동안 발생하는 변형 응력을 분산시키는 제1 보조 지지 부재 및 제2 보조 지지 부재를 형성함으로써, 액츄에이터가 신호가 인가되지 않은 상태에서도 기울어지는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 액츄에이터 상부에 형성된 거울의 반사각을 일정하게 유지하여 광원으로부터 입사되는 광의 광효율을 향상시킬 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치를 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 6은 도 5에 도시한 장치를 C­C' 선으로 자른 단면도를 도시한 것이며, 도 7은 도 6의 장치 중 액츄에이터와 거울을 확대한 사시도를 도시한 것이다.

도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(100), 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(205), 그리고 액츄에이터(205)의 상부에 형성된 거울(230)을 포함한다.

M×N 개의 P-MOS 트랜지스터가 내장된 상기 액티브 매트릭스(100)는, 상기 P-MOS 트랜지스터의 드레인(105) 및 소오스(110)로부터 연장되어 상기 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 제1 금속층(155), 제1 금속층(155)의 상부에 형성된 제1 보호층(160), 제1 보호층(160)의 상부에 형성된 제2 금속층(165), 제2 금속층(165)의 상부에 형성된 제2 보호층(170), 그리고 제2 보호층(170)의 상부에 형성된 식각 방지층(175)을 포함한다.

제1 금속층(155)은 제1 신호(화상 신호)를 전달하기 위하여 상기 P-MOS 트랜지스터의 드레인(105)으로부터 액츄에이터(205) 지지부인 앵커(185a)까지 연장되는 드레인 패드를 포함한다. 제2 금속층(165)은 티타늄(Ti)층 및 질화티타늄(TiN)층으로 구성된다.

상기 액츄에이터(205)는, 상기 식각 방지층(175) 중 아래에 제1 금속층(155)의 드레인 패드가 형성된 부분 및 이와 인접한 부분에 일측의 양쪽이 접촉되어 액츄에이터(205)를 지지하는 제1 앵커(185a) 및 제2 앵커(185b)가 되며 타측이 에어 갭(225)을 개재하여 수평하게 형성된 지지층(185), 지지층(185)의 상부에 형성된 하부 전극(190), 하부 전극(190)의 상부에 형성된 변형층(195), 그리고 변형층(195)의 상부에 형성된 상부 전극(200)을 포함한다.

도 7을 참조하면, 상기 지지층(185)은 일측의 양측이 각기 상기 식각 방지층(175) 중 아래에 상기 드레인 패드가 형성된 부분 및 이와 인접한 부분에 접촉되어 액츄에이터(205)를 지지하는 제1 앵커(185a) 및 제2 앵커(185b)가 되며 이러한 일측의 중앙부가 에어 갭(225)을 개재하여 상부로 돌출되어 타측을 향해 수평하게 연장된다. 즉, 상기 지지층(185)의 일측은 양측이 소정의 거리만큼 이격되어 식각 방지층(175)에 부착되며 터널(tunnel) 형상의 에어 갭(225) 상에 상기 일측의 중앙부가 형성되어 상기 중앙부가 상기 양측이 형성된 방향과 직교하는 방향으로 타측을 향하여 수평하게 연장된다.

상기 제1 앵커(185a)의 일측에는 제1 보조 지지 부재(270a)가 형성되며, 제2 앵커(185b)의 일측에는 상기 제1 보조 지지 부재(270a)에 대향하여 제2 보조 지지 부재(270b)가 형성된다. 상기 제1 보조 지지 부재(270a)는 제1 앵커(185a)의 일측 및 상기 돌출된 지지층(185)의 중앙부의 하부에 부착되며, 제2 보조 지지 부재(270b) 또한 제2 앵커(185b)의 일측 및 상기 돌출된 지지층(185)의 중앙부의 하부에 부착된다. 제1 보조 지지 부재(270a) 및 제2 보조 지지 부재(270b)는 각기 액츄에이터(205)의 형성 시 발생하는 변형 응력을 분산시켜 액츄에이터(205)가 신호가 인가되지 않은 초기에 휘어지는 것을 방지하는 기능을 수행한다.

상기 지지층(185)의 평면은 'T' 자의 형상을 가지며, 지지층(185)의 단면은 거울상의 'ㄱ' 자의 형상을 갖는다. 상기 지지층(185)은 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치 중 액츄에이터를 지지하는 멤브레인의 기능을 수행한다.

상기 지지층(185) 중 하나의 앵커(185a)에는 지지층(185)으로부터 식각 방지층(175), 제2 보호층(170), 그리고 제1 보호층(160)을 통하여 제1 금속층(155)의 드레인 패드까지 비어 홀(210)이 형성되어 있으며, 상기 제1 금속층(155)의 드레인 패드로부터 비어 홀(210)을 통하여 상기 하부 전극(190)까지 하부 전극(190)과 드레인 패드를 연결하는 연결 부재(250)가 형성된다.

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

도 8a 내지 도 8f는 도 6에 도시한 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 8a를 참조하면, 내부에 M×N 개의 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 제1 금속층(155)을 형성한다. 이어서, 상기 제1 금속층(155)을 패터닝하여 그 아래의 MOS 트랜지스터의 게이트(115) 부위를 노출시킨다. 따라서, 상기 제1 금속층(155)은 MOS 트랜지스터의 드레인(105) 및 소오스(110)와 연결된다. 상기 액티브 매트릭스(100)는 실리콘(Si) 등의 반도체로 이루어지거나 유리 또는 알루미나(Al₂O₃) 등의 절연 물질로 구성된다. 상기 제1 금속층(155)은 티타늄, 질화티타늄, 텅스텐 및 질화물 등으로 구성되며, 제1 신호(화상 신호)의 전달을 위하여 상기 MOS 트랜지스터의 드레인(105)으로부터 후에 형성되는 지지층(185)의 일측인 앵커(185a)까지 연장되는 드레인 패드를 포함한다. 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 MOS 트랜지스터, 드레인 패드 및 연결 부재(250)를 통하여 하부 전극(190)에 전달된다.

상기 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호하기 위하여 상기 제1 금속층(155)의 상부에 제1 보호층(160)을 형성한다. 상기 제1 보호층(160)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 약 8000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 제1 보호층(160)은 후속하는 공정의 영향으로 인하여 상기 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)가 손상을 입게 되는 것을 방지한다.

상기 제1 보호층(160)의 상부에는 제2 금속층(165)이 형성된다. 제2 금속층(165)은, 티타늄을 스퍼터링하여 300Å 정도의 두께로 티타늄층을 형성한 후, 상기 티타늄층의 상부에 질화티타늄을 물리 기상 증착 방법(PVD)을 사용하여 질화티타늄층을 형성함으로써 완성된다. 상기 제2 금속층(165)은 광원으로부터 입사되는 광이 거울(230) 뿐만 아니라, 거울(230)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(100)에 광전류가 흘러 소자가 오동작을 일으키는 것을 방지한다. 이어서, 상기 제2 금속층(165) 중 후속 공정에서 비어 홀(210)이 형성될 부분을 식각하여 제2 금속층(165)에 개구부(opening)(167)를 형성한다.

상기 제2 금속층(165)의 상부에는 제2 보호층(170)이 적층된다. 제2 보호층(170)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 사용하여 약 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 제2 보호층(170)은 후속하는 공정 동안 상기 액티브 매트릭스(100) 및 액티브 매트릭스(100) 상에 형성된 상기 결과물들이 손상을 입게 되는 것을 방지한다.

상기 제2 보호층(170)의 상부에는 식각 방지층(175)이 적층된다. 식각 방지층(175)은 제2 보호층(170) 및 상기 액티브 매트릭스(100) 상의 결과물들이 후속되는 식각 공정으로 인하여 식각되는 것을 방지한다. 상기 식각 방지층(175)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 증착하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다.

도 8b를 참조하면, 상기 식각 방지층(175)의 상부에는 제1 희생층(180)이 적층된다. 제1 희생층(180)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 2．0∼3．3㎛ 정도의 두께로 증착하여 형성한다. 이 경우, 제1 희생층(180)은 MOS 트랜지스터가 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 희생층(180)이 1．1㎛ 정도의 두께가 되도록 상기 제1 희생층(180)의 표면을 연마함으로써 평탄화시킨다. 이어서, 상기 제1 희생층(180) 중 아래에 제2 금속층(165)의 개구부(167)가 형성된 부분 및 이와 인접한 부분을 패터닝하여 한 쪽은 시계 방향으로 90°회전한 모양의 '凸'자의 모양을 갖고 다른 쪽은 이와 마주 보는 반시계 방향으로 90°회전한 모양을 갖도록 식각 방지층(175)의 일측 및 타측을 노출시킨다. 따라서, 제1 희생층(180)을 패터닝한 상태의 평면도인 도 8c에 도시한 바와 같이 상기 식각 방지층(175)이 서로 마주보며 소정의 거리만큼 이격된 2 개의 '凸'자의 형상으로 노출된다.

도 8d를 참조하면, 제3 층(184)은 상기 노출된 식각 방지층(175)의 상부 및 제1 희생층(180)의 상부에 적층된다. 상기 제3 층(184)은 질화물 또는 금속 등 경질의 물질을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 제3 층(184)은 후에 액츄에이터(205)를 지지하는 지지층(185)으로 패터닝되며, 이 경우, 제3 층(184) 중 상기 식각 방지층(175) 상에 부착된 부분은 액츄에이터(205)를 지지하는 제1 앵커(185a) 및 제2 앵커(185b)가 되며, 제1 앵커(185a)의 일측에는 제1 보조 지지 부재(270a)가 형성되고, 제2 앵커(185b)의 일측에는 제1 보조 지지 부재(270a)에 대향하여 제2 보조 지지 부재(270b)가 형성된다.

하부 전극층(189)은 상기 제3층(184)의 상부에 형성된다. 하부 전극층(189)은 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 스퍼터링하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 하부 전극층(189)을 분리함으로써 각각의 화소별로 독립적인 제1 신호(화상 신호)를 인가하기 위하여 하부 전극층(189)을 Iso-Cutting한다. 하부 전극층(189)은 후에 외부로부터 제1 신호(화상 신호)가 인가되는 하부 전극(190)으로 패터닝된다.

상기 하부 전극층(189)의 상부에는 ZnO, PZT, 또는 PLZT 둥의 압전 물질로 이루어진 제4 층(194)이 적층된다. 제4 층(194)은 졸-겔법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 바람직하게는, 상기 제4 층(194)은 졸-겔법으로 제조된 PZT를 스퍼터링하여 약 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 상기 제4 층(194)을 구성하는 압전 물질을 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 상기 제4 층(194)은 후에 상부 전극(200)과 하부 전극(190) 사이에 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으키는 변형층(195)으로 패터닝된다.

상부 전극층(199)은 상기 제4 층(194)의 상부에 형성된다. 상부 전극층(199)은 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 은(Ag), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 스퍼터링하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상부 전극층(199)은 후에 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되는 상부 전극(200)으로 패터닝된다.

도 8e를 참조하면, 상기 상부 전극층(199)의 상부에 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포하고 패터닝한 후, 상기 포토레지스트를 마스크로 이용하여 상부 전극층(199)을 직사각형의 형상을 갖는 상부 전극(200)으로 패터닝한다. 상부 전극(200)에는 외부로부터 제2 신호가 인가된다. 계속하여, 상부 전극층(199)을 패터닝하는 방법과 동일한 방법으로 상기 제4 층(194)과 하부 전극층(189)을 각기 직사각형의 형상을 갖는 변형층(195) 및 하부 전극(190)으로 패터닝한다. 이 경우, 도 7에 도시한 바와 같이 변형층(195)은 상부 전극(200)보다 넓은 면적을 가지며, 하부 전극(190)은 변형층(195)보다 넓은 면적을 갖는다. 상기 상부 전극(200)에 제2 신호가 인가되고 동시에 하부 전극(190)에 제1 신호가 인가되면 상부 전극(200)과 하부 전극(190) 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생하며, 이 전기장에 의하여 상부 전극(200)과 하부 전극(190) 사이에 형성된 변형층(195)이 변형을 일으킨다.

다음에, 상기 제3 층(184)을 지지층(185)으로 패터닝한다. 이 때, 지지층(185) 중 상기 식각 방지층(175)에 접촉되는 부분인 일측의 양쪽은 소정의 거리만큼 이격되어 액츄에이터(205)를 지지하는 제1 앵커(185a) 및 제1 보조 지지 부재(270a)와 제2 앵커(185b) 및 제2 보조 지지 부재(270b)가 되며, 제1 희생층(180) 상에 형성된 일측의 중앙부 및 타측은 사각형의 평판의 형상을 갖게 된다. 이러한 중앙부의 하단에 제1 보조 지지 부재(270a) 및 제2 보조 지지 부재(270b)가 서로 마주보며 부착된다.

이러한 상태에서 제1 희생층(180)이 제거되면 도 7과 같은 형상의 지지층(185)이 형성된다. 본 발명에서는, 상기와 같이 액츄에이터(205)의 초기 기울어짐의 원인이 되는 지지층(185)의 단차 경계면이 생성되지 않고, 액츄에이터(205)를 형성하는 동안 발생하는 변형 응력을 제1 보조 지지 부재(270a) 및 제2 보조 지지 부재(270b)에 의하여 분산시킬 수 있으므로 액츄에이터(205)가 제1 신호가 인가되지 않은 상태에서도 기울어지는 것을 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 제1 보조 지지 부재(270a) 및 제2 보조 지지 부재(270b)를 형성한 액츄에이터(205)의 초기 기울어짐 각도는 약 0．25°정도로서 보조 지지 부재를 부착하지 않은 상태의 초기 기울어짐 각도인 약 0．8°보다 현저하게 감소하였다.

도 8f를 참조하면, 상기 지지층(185) 중 제2 금속층(165)의 개구부(167) 상에 형성된 부분으로부터 지지층(185), 식각 방지층(175), 제2 보호층(170) 및 제1 보호층(160)을 차례로 식각하여 비어 홀(210)을 형성한다. 그러므로, 비어 홀(210)은 상기 지지층(185)의 일측으로부터 제2 금속층(165)의 개구부(167)를 통하여 제1 금속층(155)의 드레인 패드까지 수직하게 형성된다. 이어서, 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 또는 티타늄(Ti) 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 증착시켜 상기 드레인 패드로부터 비어 홀(210)을 통하여 상기 지지층(185)의 상부의 하부 전극(190)까지 연결 부재(250)를 형성한다(도 7 참조). 따라서, 연결 부재(250)는 상기 제1 금속층(155)의 드레인 패드와 하부 전극(190)을 서로 연결한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 MOS 트랜지스터, 제1 금속층(155)의 드레인 패드, 그리고 연결 부재(250)를 통하여 하부 전극(190)에 인가된다.

계속하여, 상기 제1 희생층(180)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 식각하여 제1 희생층(180)의 위치에 에어 갭(225)을 형성한 후, 상기 액츄에이터(205)의 상부에 폴리머 등을 스핀 코팅 방법을 사용하여 제2 희생층(240)을 형성한다. 제2 희생층(240)은 상기 에어 갭(225)을 채우면서 액츄에이터(205)를 완전히 덮도록 형성한다. 이어서, 상기 제2 희생층(240)을 패터닝하여 상부 전극(200)의 일부를 노출시키고, 상기 노출된 상부 전극(200) 및 상기 제2 희생층(240)의 상부에 반사성을 갖는 금속인 알루미늄, 백금, 은, 또는 알루미늄 합금 등을 증착하고 패터닝하여 사각형의 형상을 갖는 거울(230)을 형성한다. 그리고, 상기 제2 희생층(230)을 제거하고 세정 및 건조 처리를 수행하여 도 5에 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, 제1 금속층(155)의 드레인 패드 및 연결 부재(250)를 통해 하부 전극(190)에 인가된다. 동시에, 상부 전극(200)에는 외부로부터 제2 신호가 인가되어 상부 전극(200)과 하부 전극(190) 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(200)과 하부 전극(190) 사이에 형성된 변형층(195)이 변형을 일으킨다. 변형층(195)은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축함에 따라 변형층(195)을 포함하는 액츄에이터(205)는 소정의 각도로 휘게 된다. 빛을 반사하는 거울(230)은 상부 전극(200)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(205)와 함께 경사진다. 이에 따라서, 거울(230)은 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 빛은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.

본 발명에 따른 광로 조절 장치 및 제조 방법에 의하면, 일측의 양측이 각기 식각 방지층 중 아래에 드레인 패드가 형성된 부분 및 이와 인접한 부분에 접촉되어 액츄에이터를 지지하며 각기 서로 대향하는 제1 보조 지지 부재 및 제2 보조 지지 부재를 갖는 제1 앵커 및 제2 앵커가 되며, 일측의 중앙부가 에어 갭을 개재하여 상부로 돌출되어 타측을 향해 수평하게 연장되는 지지층을 형성한다. 따라서, 액츄에이터의 초기 기울어짐의 원인이 되는 지지층의 단차 경계면이 생성되지 않도록 하고, 액츄에이터를 형성하는 동안 발생하는 변형 응력을 분산시키는 제1 보조 지지 부재 및 제2 보조 지지 부재를 형성함으로써, 액츄에이터가 신호가 인가되지 않은 상태에서도 기울어지는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 액츄에이터 상부에 형성된 거울의 반사각을 일정하게 유지하여 광원으로부터 입사되는 광의 광효율을 향상시킬 수 있다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의해 개량이나 변형이 가능하다.

Claims (4)

1. M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인(105)으로부터 연장되는 드레인 패드를 갖는 제1 금속층(155)을 포함하는 액티브 매트릭스(100);

   ⅰ) 일측의 양측이 각기 상기 드레인 패드가 형성된 부분 및 이와 인접한 부분의 상기 액티브 매트릭스 상에 접촉되어 액츄에이터를 지지하는 제1 앵커들(185a) 및 제2 앵커(185b)가 되며 상기 일측의 중앙부가 에어 갭(225)을 개재하여 상부로 돌출되어 타측을 향해 수평하게 연장된 지지층(185), ⅱ) 상기 지지층(185)의 상부에 형성된 하부 전극(190), ⅲ) 상기 하부 전극(190)의 상부에 형성된 변형층, ⅳ) 상기 변형층(195)의 상부에 형성된 상부 전극(200), 그리고 ⅴ) 상기 제 1 앵커(185a) 및 상기 제2 앵커(185b) 중 어느 하나의 상부로부터 상기 제1 금속층(155)의 드레인 패드까지 수직하게 형성된 비어 홀(210)과 상기 하부전극(190)까지 상기 드레인 패드와 상기 하부 전극(190)을 연결하는 연결부재(250)를 포함하는 액츄에이터(205);

   상기 제1 앵커(185a)의 일측 및 상기 지지층(185)의 중앙부의 하단에 형성된 제1 보조 지지 부재(270a) 그리고 상기 제1 보조 지지 부재(270a)에 대향하여 상기 제2 앵커(185b)의 일측 및 상기 지지층(185)의 중앙부의 하단에 형성된 제2 보조 지지 부재(270b); 그리고

   상기 액츄에이터(205)의 상부에 형성된 거울(230)을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 보조 지지 부재(270a) 및 상기 제2 보조 지지 부재(270b)는 상기 지지층(185)과 동일한 물질을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 보조 지지 부재(270a) 및 상기 제2 보조 지지 부재(270b)는 각기 서로 마주보는 사각형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 앵커(185a) 및 제1 보조 지지 부재(270a)는 凸자의 형상을 가지며, 상기 제2 앵커(185b) 및 상기 제2 보조 지지 부재(270b)는 상기 제1 앵커(185a) 및 제1 보조 지지 부재(270a)와 서로 마주보는 凸자의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.

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