KR100278069B1 - A method for fabricating of actuated mirror array - Google Patents
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Abstract
본 발명은 2층구조 박막형 광로조절장치의 제조방법에 관한 것으로, M×N(M, N은 양의 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드를 포함하는 구동기판이 형성되고, 상기 구동기판 위에 사각 테두리 형상을 가지며 그 일측 끝단만이 구동기판에 지지되는 캔틸레버 형상을 갖도록 멤브레인이 형성되고, 상기 멤브레인의 일측 고정단에서 연장되어 서로 평행한 자유단 위에 "ㄷ" 형상으로 순차적으로 하부전극, 변형층 및 상부전극이 형성되고, 상기 멤브레인의 자유단의 끝단부 중심에 포스트 지지부가 형성되고, 상기 포스트 지지부에 삽입되어 포스트가 형성되고, 상기 포스트에 그 중심이 지지되어 액츄에이터 위에 소정간격 떨어져 거울면이 형성되는 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a two-layer thin film type optical path control device, wherein a driving substrate including a M × N (M, N is a positive integer) transistor and having a drain pad formed on one side thereof is formed, and the driving is performed. The membrane is formed to have a rectangular edge shape on the substrate and a cantilever shape in which only one end thereof is supported by the driving substrate, and extends from one fixed end of the membrane to sequentially form a lower electrode in a "c" shape on free ends parallel to each other. And a strained layer and an upper electrode are formed, a post support is formed at the center of the free end of the membrane, a post is inserted into the post support, and a post is formed, and the center of the post is supported to be spaced apart from the actuator by a predetermined distance. Mirror surface is formed.
본 발명에 따르면, 포스트 연결부위의 결합강도를 향상시켜 AMA의 기계적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 피로에 의한 포스트의 한계수명을 연장하는 효과를 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to improve the mechanical stability of the AMA by improving the bonding strength of the post connection portion, it is possible to obtain the effect of extending the limit life of the post due to fatigue.
Description
본 발명은 2층 구조 박막형 광로조절장치 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 거울면을 지지하는 포스트의 기계적 안정성을 증가시킨 2층 구조 박막형 광로조절장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a two-layer thin film structured optical path control apparatus and a manufacturing method thereof, and more particularly, to a two-layer thin film structured optical path control apparatus and a method for manufacturing the same that increases the mechanical stability of the post supporting the mirror surface.
일반적으로, 광속을 조절하여 화상을 형성할 수 있는 광로조절장치는 크게 광원으로부터 입사되는 광속을 스크린에 투영하는 방법에 따라서 CRT(Cathode Ray Tube) 등의 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로서 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display:이하 'LCD'라 칭함), DMD(Deformable Mirror Device), 또는 AMA(Actuated Mirror Array)등이 있다.In general, an optical path control device capable of forming an image by adjusting a light flux is a direct view type image display device such as a CRT (Cathode Ray Tube) or a projection type image display device according to a method of projecting a light beam incident from a light source on a screen. Liquid crystal displays (hereinafter referred to as "LCD"), DMD (Deformable Mirror Device), AMA (Actuated Mirror Array) and the like.
CRT 장치는 화상의 질은 우수하지만 화면의 대형화에 따라 장치의 중량과 용적이 증가하며 그 제조비용이 상승하는 문제가 있으며, 이에 비하여 액정 표시 장치(LCD)는 평판으로 형성할 수 있으나 입사되는 광속의 편광으로 인하여 1∼2％의 낮은 광효율을 가지며, 그 내부의 액정 물질의 응답 속도가 느린 문제점이 있었다.Although CRT devices have excellent image quality, as the screen size increases, the weight and volume of the device increase, and the manufacturing cost thereof increases. In contrast, a liquid crystal display (LCD) can be formed into a flat plate, but the incident light flux Due to the polarization of the light having a low light efficiency of 1 to 2%, there was a problem that the response speed of the liquid crystal material therein is slow.
이에 따라, 상술한 바와 같은 LCD의 문제점들을 해결하기 위하여 DMD, 또는 AMA등의 장치가 개발되었다. 현재, DMD가 약 5% 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA는 10% 이상의 광효율을 얻을 수 있다. 또한, AMA는 입사되는 광속의 극성에 의해 영향을 받지 않을 뿐만아니라 광속의 극성에 영향을 끼치지 않는다.Accordingly, devices such as DMD or AMA have been developed to solve the problems of LCD as described above. Currently, AMA can achieve a light efficiency of 10% or more, while DMD has a light efficiency of about 5%. In addition, the AMA is not only affected by the polarity of the incident luminous flux but also does not affect the polarity of the luminous flux.
통상적으로, AMA 내부에 형성된 각각의 액츄에이터들은 인가되는 화상 신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전계에 따라 변형을 일으킨다. 이 액츄에이터가 변형을 일으킬 때, 상기 액츄에이터의 상부에 장착된 각각의 거울들은 전계의 크기에 비례하여 경사지게 된다.Typically, the respective actuators formed inside the AMA cause deformation depending on the electric field generated by the applied image signal and bias voltage. When this actuator causes deformation, each of the mirrors mounted on top of the actuator is inclined in proportion to the magnitude of the electric field.
따라서, 이 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 이 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터의 구성 재료로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O3), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3)등의 압전 세라믹이 이용된다. 또한, 이 액츄에이터의 구성 재료로 PMN(Pb(Mg, Nb)O3)등의 전왜 세라믹을 이용할 수 있다.Thus, these inclined mirrors can reflect light incident from the light source at a predetermined angle. Piezoelectric ceramics such as PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ), or PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ) are used as a constituent material of the actuator for driving the respective mirrors. As the constituent material of this actuator, electrodistorted ceramics such as PMN (Pb (Mg, Nb) O 3 ) can be used.
상술한 AMA는 벌크(bulk)형과 박막(thin film)형으로 구분된다. 현재 AMA는 박막형 광로조절장치가 주종을 이루는 추세이다. 특히 2층 구조 박막형 광로조절장치는 본 출원인이 1997년 12월 29일 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허출원번호 제 97-76482 호에 개시되어 있다.The AMA is classified into a bulk type and a thin film type. Currently, AMA is the main trend of the thin-film optical path control device. Particularly, the two-layer thin film type optical path control device is disclosed in Korean Patent Application No. 97-76482 filed by the present applicant with the Korean Patent Office on December 29, 1997.
도 1은 선행 출원에 의해 기재된 2층 구조 박막형 광로조절장치의 일예를 도시한 단면도이며, 도 2는 도 1의 A-A'선 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an example of the two-layer thin film type optical path control device described in the prior application, Figure 2 is a cross-sectional view taken along line AA 'of FIG.
도시된 바와 같이, 선행 출원된 2층구조 박막형 광로조절장치는 구동기판(5)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(65) 및 액츄에이터(65)의 구동 선단부에 별도로 형성되는 거울면(60)을 포함하는 2층 구조를 갖는다.As shown, the previously applied two-layer thin film type optical path control device includes a driving substrate 5 and an actuator 65 formed thereon and a mirror surface 60 formed separately on the driving tip of the actuator 65. It has a two-layer structure.
상기 액츄에이터(65)는 아래에 드레인 패드(10)가 형성된 부분에 일측이 지지되는 캔틸레버 형상을 이루며, 멤브레인(30), 하부전극(35), 변형층(40), 상부전극(45)을 포함하며, 드레인 패드(10)와 하부전극(35)이 전기적으로 연결되도록 드레인 패드(10)까지 수직하게 형성된 비아컨택(55)을 포함한다.The actuator 65 has a cantilever shape in which one side is supported at a portion where the drain pad 10 is formed below, and includes a membrane 30, a lower electrode 35, a strained layer 40, and an upper electrode 45. The via contact 55 includes a via contact 55 vertically formed to the drain pad 10 so that the drain pad 10 and the lower electrode 35 are electrically connected to each other.
그리고 멤브레인(30)의 끝단부 중앙에 포스트(70)가 형성되어 거울면(60)을 지지한다.And the post 70 is formed in the center of the end of the membrane 30 to support the mirror surface (60).
이와같은 종래의 박막형 광로조절장치는 신호전극인 하부전극(35)에 화상 신호 전압이 인가되며, 공통전극인 상부전극(45)에 바이어스 전압이 인가되면 상부전극(45)과 하부전극(35) 사이에 전계가 발생하게 된다. 이 전계에 의하여 상부전극(45)과 하부전극(35) 사이의 변형층(40)이 변형을 일으키게 되며, 상기 변형층(40)은 전계와 수직한 방향으로 수축하게 된다. 이에 따라 변형층(40)을 포함하는 액츄에이터(65)가 소정의 각도로 휘어지고, 액츄에이터(65)의 구동 선단부에 장착된 거울(60)은 휘어진 멤브레인(30)에 의해 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사한다. 상기 거울(60)에 의하여 반사된 광속은 슬릿을 통하여 스크린에 투영됨으로서 화상을 맺게 한다.In the conventional thin film type optical path control apparatus, an image signal voltage is applied to the lower electrode 35, which is a signal electrode, and when a bias voltage is applied to the upper electrode 45, which is a common electrode, the upper electrode 45 and the lower electrode 35. An electric field is generated between them. The deformed layer 40 between the upper electrode 45 and the lower electrode 35 causes deformation by the electric field, and the deformed layer 40 contracts in a direction perpendicular to the electric field. Accordingly, the actuator 65 including the deformable layer 40 is bent at a predetermined angle, and the mirror 60 mounted on the driving tip of the actuator 65 is inclined by the bent membrane 30 and is incident from the light source. Reflect the light beam. The light beam reflected by the mirror 60 is projected onto the screen through the slit to form an image.
한편, 도 3a 내지 3f는 종래의 2층 구조 박막형 광로조절장치의 제조공정의 일 실시예를 도시한 공정 단면도이다.Meanwhile, FIGS. 3A to 3F are cross-sectional views illustrating an example of a manufacturing process of a conventional two-layer thin film type optical path control device.
도 3a를 참조하면, M×N개의 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되고 그 일측 상부에 드레인 패드(10)가 형성되어 있는 구동기판(5)의 상부에 인 실리케이트 유리(PSG)재질의 보호층(15)을 형성하여 후속하는 공정 동안 트랜지스터가 내장된 구동기판(5)이 손상되는 것을 방지한다.Referring to FIG. 3A, a protective layer 15 of silicate glass (PSG) material is formed on an upper portion of a driving substrate 5 having M × N transistors embedded in a matrix and having a drain pad 10 formed on one side thereof. ) To prevent damage to the drive substrate 5 in which the transistor is incorporated during subsequent processing.
보호층(15)의 상부에는 질화물로 이루어진 식각 방지층(20)을 형성하여 구동기판(5) 및 보호층(15)이 후속되는 식각 공정으로 인하여 손상되는 것을 방지한다.An etch stop layer 20 made of nitride is formed on the passivation layer 15 to prevent the driving substrate 5 and the passivation layer 15 from being damaged by the subsequent etching process.
도 3b를 참조하면,이와 같이 보호층(15) 및 식각 방지층(20)이 형성된 구동기판(5) 상부에 제 1 희생층(25)을 형성한다. 제 1 희생층(25)은 인 실리케이트 유리(PSG) 또는 폴리 실리콘을 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 소정두께를 가지도록 형성한다. 이때, 제 1 희생층(25)은 트랜지스터가 내장된 구동기판(5)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 제 1 희생층(25)의 표면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)공정을 통해 평탄화한다.Referring to FIG. 3B, the first sacrificial layer 25 is formed on the driving substrate 5 on which the protective layer 15 and the etch stop layer 20 are formed. The first sacrificial layer 25 is formed of phosphorous silicate (PSG) or polysilicon to have a predetermined thickness by an atmospheric pressure chemical vapor deposition (APCVD) method. At this time, since the first sacrificial layer 25 covers the upper portion of the driving substrate 5 in which the transistor is embedded, the flatness of the surface thereof is very poor. Therefore, the surface of the first sacrificial layer 25 is planarized through a chemical mechanical polishing (CMP) process.
도 3c를 참조하면,상기 제 1 희생층(25)을 패터닝하여 드레인 패드(10)의 상방에 위치한 식각 방지층(20)의 일단을 노출시키고, 이와같이 노출된 식각 방지층(20)의 상부 및 제 1 희생층(25)의 상부에 소정형상을 갖는 액츄에이터(65)를 형성한다.Referring to FIG. 3C, the first sacrificial layer 25 is patterned to expose one end of the etch stop layer 20 located above the drain pad 10, and the upper and first portions of the etch stop layer 20 exposed as described above. An actuator 65 having a predetermined shape is formed on the sacrificial layer 25.
이와같은 액츄에이터(65)는 먼저, 질화물로 이루어진 멤브레인(30), 전기 전도성이 우수한 백금, 백금-탄탈륨 등의 금속으로 이루어진 하부전극(35), PZT 또는 PZLT 등의 압전물질로 이루어진 변형층(40) 및 알루미늄, 백금 또는 은 등으로 이루어진 상부전극(45)을 순차적으로 형성한 다음 픽셀단위로 상부전극(45), 변형층(40), 하부전극(35) 및 멤브레인(30)을 소정형상으로 패터닝한다.The actuator 65 is first, a membrane 30 made of nitride, a lower electrode 35 made of a metal such as platinum, platinum-tantalum having excellent electrical conductivity, and a strained layer 40 made of a piezoelectric material such as PZT or PZLT. ) And the upper electrode 45 made of aluminum, platinum, silver, or the like, are sequentially formed, and then the upper electrode 45, the deformation layer 40, the lower electrode 35, and the membrane 30 are formed in a predetermined shape in pixel units. Pattern.
한편, 도 3d에 도시된 바와 같이 액츄에이터(65)의 고정단에 위치하는 변형층(40), 하부전극(35), 멤브레인(30), 식각 방지층(20), 그리고 보호층(15)을 차례로 식각하여 드레인 패드(10)의 일단을 노출 시킬 수 있도록 비아홀(50)을 형성하고, 통상적인 리프트 오프공정으로 드레인 패드(10)와 하부전극(35)이 전기적으로 연결되도록 비아컨택(55)을 형성한다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 3D, the strained layer 40, the lower electrode 35, the membrane 30, the etch stop layer 20, and the protective layer 15, which are located at the fixed end of the actuator 65, are sequentially turned on. The via hole 50 is formed to expose one end of the drain pad 10 by etching, and the via contact 55 is electrically connected to the drain pad 10 and the lower electrode 35 by a conventional lift-off process. Form.
이어서, 도 3e를 참조하면, 픽셀단위로 패터닝된 액츄에이터(65) 전면에 제 2 희생층(70)을 형성하고, 거울면(60)을 지지하기 위한 포스트(75) 위치를 패터닝한다. 상기 제 2 희생층(70)은 포토 레지스트, 폴리 실리콘, SOP, SOG 등과 같은 재질을 사용한다.Subsequently, referring to FIG. 3E, the second sacrificial layer 70 is formed on the entire surface of the actuator 65 patterned pixel by pixel, and the position of the post 75 for supporting the mirror surface 60 is patterned. The second sacrificial layer 70 may be formed of a material such as photoresist, polysilicon, SOP, SOG, or the like.
이어서, 포스트(75) 위치가 패터닝된 제 2 희생층(70) 상부에 반사도가 좋은 알루미늄(Al)이나 은(Ag)을 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께로 증착하여 포스트(75) 및 거울면(60)을 형성하고, 거울면(60)을 각각의 액츄에이터(65) 단위로 분리하는 패터닝공정을 한다.Subsequently, aluminum (Al) or silver (Ag) having good reflectivity is deposited on the second sacrificial layer 70 where the post 75 position is patterned to a thickness of about 0.1 to 1.0 μm, so that the post 75 and the mirror surface ( 60 is formed, and the patterning process of separating the mirror surface 60 by each actuator 65 is performed.
도 3f를 참조하면, 상기 거울면(60)을 분리하면서 이웃하는 거울면(60)과의 경계부분을 통해 노출된 제 2 희생층(70)을 식각공정으로 제거하고, 연속적으로 제 1 희생층(25)까지 제거하여 구동기판(5)과 액츄에이터(65) 사이에 에어갭(25')이 형성되고, 액츄에이터(65)와 거울면(60) 사이에 에어갭(70')이 형성되도록하여 액츄에이터(65)의 구동에 따라 거울면(60)이 구동될 수 있는 2층 구조의 박막형 광로조절장치의 제조공정을 완료한다.Referring to FIG. 3F, the second sacrificial layer 70 exposed through the boundary with the neighboring mirror surface 60 is removed by an etching process while the mirror surface 60 is separated, and the first sacrificial layer is continuously formed. And the air gap 25 'is formed between the driving substrate 5 and the actuator 65, and the air gap 70' is formed between the actuator 65 and the mirror surface 60. In accordance with the driving of the actuator 65, the manufacturing process of the two-layer thin film type optical path control apparatus capable of driving the mirror surface 60 is completed.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 선행출원된 2층 구조의 박막형 광로조절장치는 멤브레인(30)의 일단에 포스트(75)가 지지되는 구조로 형성되는 것을 알 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 2, it can be seen that the thin-film optical path control apparatus of the two-layer structure previously applied is formed in a structure in which the post 75 is supported on one end of the membrane (30).
그런데 멤브레인(30)과 포스트(75)의 접합상태가 불량한 경우 결합강도가 떨어져 액츄에이터로(65)부터 거울면(60)이 이탈되는 문제가 발생된다. 즉, AMA 작동시 거울면(60)은 액츄에이터(65)와 함께 경사진 방향으로 무수히 많은 상하운동을 하기 때문에 포스트(75)의 결합이 매우 중요하다. 만약, 포스트(75)가 피로강도를 견디지 못하고 이탈되는 경우 바로 화면상에서 포인트 디펙트(point defect)로 나타나 화면의 질을 떨어뜨린다.However, when the bonding state between the membrane 30 and the post 75 is poor, a problem arises in that the coupling strength drops and the mirror surface 60 is separated from the actuator path 65. That is, since the mirror surface 60 performs a myriad of vertical movements in the inclined direction with the actuator 65 during AMA operation, the coupling of the posts 75 is very important. If the post 75 does not endure the fatigue strength, the post 75 immediately appears as a point defect on the screen and degrades the quality of the screen.
따라서 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 거울면을 지지하기 위해 액츄에이터와 거울면 사이에 형성되는 포스트의 연결부위가 소정깊이 삽입되는 구조로 변경하여 포스트 연결부위의 결합강도를 향상시킬 수 있는 2층 구조의 박막형 광로조절장치 및 그의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is to solve such a conventional problem, to improve the coupling strength of the post connection portion by changing the structure in which the connection portion of the post formed between the actuator and the mirror surface is inserted a predetermined depth to support the mirror surface. It is an object of the present invention to provide a thin-film optical path control apparatus having a two-layer structure and a method of manufacturing the same.
이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 M×N(M, N은 양의 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드를 포함하는 구동기판이 형성되고, 상기 구동기판 위에 사각 테두리 형상을 가지며 그 일측 끝단만이 구동기판에 지지되는 캔틸레버 형상을 갖도록 멤브레인이 형성되고, 상기 멤브레인의 일측 고정단에서 연장되어 서로 평행한 자유단 위에 "ㄷ" 형상으로 순차적으로 하부전극, 변형층 및 상부전극이 형성되고, 상기 멤브레인의 자유단의 끝단부 중심에 포스트 지지부가 형성되고, 상기 포스트 지지부에 삽입되어 포스트가 형성되고, 상기 포스트에 그 중심이 지지되어 액츄에이터 위에 소정간격 떨어져 거울면이 형성되는 2층 구조의 박막형 광로조절장치를 제공한다.According to the present invention for realizing the above object, a driving substrate including M × N (M, N is a positive integer) transistors and including a drain pad is formed on one side, and has a rectangular frame shape on the driving substrate. The membrane is formed such that only one end thereof has a cantilever shape supported by the driving substrate, and the lower electrode, the deformation layer, and the upper electrode are sequentially formed in a "c" shape on the free ends parallel to each other by extending from one fixed end of the membrane. And a post support is formed at the center of the end of the free end of the membrane, the post is inserted into the post support to form a post, and the center is supported on the post so that a mirror surface is formed on the actuator at a predetermined interval apart. Provided is a thin film type optical path control device having a structure.
또한, 본 발명은 M×N(M, N은 양의 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드를 포함하는 구동기판을 형성하는 단계와; 상기 구동기판 위에 제 1 희생층을 형성하고 상기 드레인 패드가 형성되어 있는 일부분을 식각하여 식각방지층의 일부를 노출시키는 단계와; 상기 노출된 식각방지층과 상기 제 1 희생층 위에 멤브레인을 형성하고 사각 테두리 형상을 가지며 그 일측 끝단만이 구동기판에 지지되는 캔틸레버 형상을 갖도록 패터닝하는 단계와; 상기 멤브레인의 일측 고정단에서 연장되어 서로 평행한 자유단 위에 하부전극, 변형층 및 상부전극을 형성하여 픽셀단위로 "ㄷ"형상으로 패터닝하는 단계와; 상기 멤브레인의 자유단의 끝단부 중심에 포스트 지지부를 형성하는 단계와; 상기 액츄에이터 전면에 제 2 희생층을 형성하여 포스트가 형성될 위치를 패터닝하는 단계와; 상기 패터닝된 제 2 희생층 위에 거울면을 형성하고 픽셀단위로 분리될 수 있도록 패터닝하는 단계와; 상기 패터닝된 거울면 사이로 노출된 제 2 희생층 및 제 1 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 2층 구조의 박막형 광로조절장치 제조방법을 제공한다.In addition, the present invention comprises the steps of forming a driving substrate containing M × N (M, N is a positive integer) transistors and including a drain pad on one side; Forming a first sacrificial layer on the driving substrate and etching a portion where the drain pad is formed to expose a portion of the etch stop layer; Forming a membrane on the exposed etch stop layer and the first sacrificial layer, and patterning the membrane to have a cantilever shape having a rectangular edge and having only one end thereof supported by a driving substrate; Forming a lower electrode, a strained layer, and an upper electrode on free ends parallel to each other and extending from one fixed end of the membrane to pattern “-” in pixel units; Forming a post support at the center of the free end of the membrane; Forming a second sacrificial layer on the front of the actuator to pattern the position where the post is to be formed; Patterning a mirror surface on the patterned second sacrificial layer so as to be separated pixel by pixel; The present invention provides a method of manufacturing a thin film type optical path control apparatus having a two-layer structure including removing a second sacrificial layer and a first sacrificial layer exposed between the patterned mirror surfaces.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
도 1은 본 출원인의 선행 출원에 따른 2층 구조 박막형 광로조절장치의 평면도,1 is a plan view of a two-layer thin film type optical path control device according to the applicant's prior application,
도 2는 도 1의 A-A' 선 단면도,2 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. 1;
도 3a 내지 3f는 종래의 2층 구조 박막형 광로조절장치의 제조방법을 도시한 공정단면도,3A through 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a conventional two-layer thin film type optical path control device.
도 4는 본 발명에 따른 2층 구조 박막형 광로조절장치의 평면도,4 is a plan view of a two-layer thin film type optical path control apparatus according to the present invention,
도 5는 도 4의 B-B'선 단면도,5 is a cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 4;
도 6a 내지 6g는 본 발명에 따른 2층 구조 박막형 광로조절장치의 제조공정을 도시한 공정단면도,Figure 6a to 6g is a process cross-sectional view showing the manufacturing process of the two-layer thin film type optical path control apparatus according to the present invention,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2층 구조 박막형 광로조절장치의 단면도.7 is a cross-sectional view of a two-layer thin film type optical path control apparatus according to another embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
100 : 구동기판 101 : 기판100: driving substrate 101: substrate
105 : 드레인 패드 110 : 보호층105: drain pad 110: protective layer
115 : 식각방지층 120 : 제 1 희생층115: etch stop layer 120: first sacrificial layer
130 : 멤브레인 135 : 하부 전극130: membrane 135: lower electrode
140 : 변형층 145 : 상부 전극140: strained layer 145: upper electrode
150 : 비아홀 155 : 비아컨택150: via hole 155: via contact
160 : 액츄에이터 165 : 제 2 희생층160: actuator 165: second sacrificial layer
170 : 거울면 175 : 포스트170: mirror surface 175: post
180 : 포스트 지지부 185 : 오목부180: post support 185: recess
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막형 광로조절장치 및 그의 제조방법을 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a thin-film optical path control apparatus and a manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명에 따른 2층 구조 박막형 광로조절장치를 도시한 평면도이며, 도 5는 본 발명에 따른 포스트의 결합부를 도시한 도 4의 B-B'선 단면도이다.Figure 4 is a plan view showing a two-layer thin film type optical path control apparatus according to the present invention, Figure 5 is a cross-sectional view taken along line BB 'of Figure 4 showing the coupling portion of the post according to the present invention.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 2층 구조의 박막형 광로 조절 장치는 구동기판(100)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(160) 및 거울면(170)을 포함하여 구성된다.As shown, the two-layer thin film type optical path control apparatus according to the present invention comprises a driving substrate 100 and an actuator 160 and a mirror surface 170 formed thereon.
구동기판(100)은 기판(101) 상에 형성된 드레인 패드(도면상 미도시됨), 기판(101) 및 드레인 패드의 상부에 형성된 보호층(110) 및 보호층(110)의 상부에 형성된 식각방지층(115)을 포함한다.The driving substrate 100 may include a drain pad (not shown) formed on the substrate 101, a protective layer 110 formed on the substrate 101, and an upper portion of the protective layer 110. The prevention layer 115 is included.
상기 액츄에이터(160)는 멤브레인(130), 하부전극(135), 변형층(140) 및 상부전극(145)으로 형성되며, 구동기판(100)에 지지되는 고정단과 에어갭(120')이 개재되는 자유단으로 구분된다.The actuator 160 is formed of a membrane 130, a lower electrode 135, a strained layer 140, and an upper electrode 145, and has a fixed end and an air gap 120 ′ supported by the driving substrate 100. Divided into free ends.
상기 멤브레인(130)은 구동기판(100) 위에 그 일측 끝단만이 구동기판(100)에 지지되는 캔틸레버 형상으로 형성되며, 그 평면 형상은 가운데가 뚫린 사각 테두리 형상으로 이루어진다.The membrane 130 is formed in a cantilever shape in which only one end thereof is supported on the driving substrate 100 on the driving substrate 100, and the planar shape is formed in a rectangular rim shape with a center thereof.
한편, 상기 멤브레인(130)의 일측 고정단에서 연장되어 서로 평행한 자유단 위에 "ㄷ" 형상으로 순차적으로 하부전극(135), 변형층(140) 및 상부전극(145)이 형성된다. 즉, 자유단의 끝단만을 제외하고 상기 하부전극(135), 변형층(140) 및 상부전극(145)이 형성된다.Meanwhile, the lower electrode 135, the strained layer 140, and the upper electrode 145 are sequentially formed in a "c" shape on the free ends parallel to each other by extending from one fixed end of the membrane 130. That is, the lower electrode 135, the strained layer 140, and the upper electrode 145 are formed except for only the end of the free end.
그리고, 상기 멤브레인(130)의 자유단의 끝단부 중심에 거울면(170)을 지지하는 포스트(175)의 결합부위를 보조하기 위한 포스트 지지부(180)가 형성된다. 상기 포스트 지지부(180)는 포스트(175)의 하부가 단지, 멤브레인(130)의 상부에 얹혀지는 것에 그치지 않고 그 하부가 삽입되어 견고한 기계적 결합구조를 갖도록 소정의 단턱을 형성하여 중심에 오목부(185)를 형성한 것이다.In addition, a post support part 180 is formed at the center of the free end of the membrane 130 to assist the coupling portion of the post 175 supporting the mirror surface 170. The post support 180 is formed with a recess so that the lower portion of the post 175 is not only mounted on the upper portion of the membrane 130 but is inserted therein to have a rigid mechanical coupling structure. 185).
이와같은 상기 포스트 지지부(180)는 별도의 공정을 통해 형성할 수 있으며, 특히, 하부전극(135)을 패터닝하는 공정과 동시에 형성하면 부가되는 공정을 생략할 수 있다.The post support 180 may be formed through a separate process, and in particular, a process added when the lower electrode 135 is formed at the same time as the process of patterning the lower electrode 135 may be omitted.
상기 거울면(170)은 포스트(175)에 그 중심이 지지되며 액츄에이터(160) 위에 소정간격 떨어져 형성된다. 상기 포스트(175)는 거울면(170)과 동시에 형성된다.The mirror surface 170 is supported by the center of the post 175 and formed on the actuator 160 at a predetermined interval apart. The post 175 is formed simultaneously with the mirror surface 170.
이와같은 구조로 형성된 2층 구조의 박막형 광로조절장치는 거울면(170)을 지지하는 포스트(175)의 측면이 포스트 지지부(180)에 의해 지지되므로 거울면(170)과 아래의 액츄에이터(160)와의 기계적 결합강도가 증가된다.In the two-layer thin film type optical path control device formed as described above, the side surface of the post 175 supporting the mirror surface 170 is supported by the post support unit 180, and thus the mirror surface 170 and the actuator 160 below. The mechanical bond strength with and increases.
이하 본 발명에 따른 2층 구조의 박막형 광로조절장치 제조방법을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a thin film optical path control apparatus having a two-layer structure according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 6a 내지 6g는 본 발명에 따른 2층 구조의 박막형 광로조절장치의 제조 공정도를 도시한 것이다.Figure 6a to 6g shows a manufacturing process diagram of a two-layer thin film type optical path control apparatus according to the present invention.
도 6a를 참조하면, M×N(M, N은 정수)개의 MOS 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되어 있고, 그 일측 상부에 드레인 패드(105)가 형성되어 있는 구동기판(100)의 상부에 보호층(110)을 형성한다.Referring to FIG. 6A, a protective layer is formed on an upper portion of a driving substrate 100 in which M × N (M and N are integers) MOS transistors are formed in a matrix form and a drain pad 105 is formed on one side thereof. Form 110.
상기 보호층(110)은 인 실리케이트 유리를 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께로 형성한다. 보호층(110)은 후속하는 공정동안 트랜지스터가 내장된 구동기판(100)이 손상되는 것을 방지한다.The protective layer 110 forms the silicate glass to a thickness of about 0.1 to 1.0㎛ by chemical vapor deposition (CVD) method. The protective layer 110 prevents damage to the driving substrate 100 in which the transistor is embedded during the subsequent process.
상기 보호층(110)의 상부에는 식각방지층(115)을 형성한다. 식각방지층(115)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 1000∼2000Å 정도의 두께로 형성된다. 식각방지층(115)은 구동기판(100) 및 보호층(110)이 후속되는 식각공정으로 인하여 손상되는 것을 방지한다.An etch stop layer 115 is formed on the passivation layer 110. The etch stop layer 115 is formed of a nitride having a thickness of about 1000 to 2000 kPa by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). The etch stop layer 115 prevents the driving substrate 100 and the protective layer 110 from being damaged by the subsequent etching process.
상기 식각방지층(115)의 상부에는 제 1 희생층(120)을 형성한다. 제 1 희생층(120)은 폴리 실리콘을 저압 화학기상증착(LPCVD) 방법으로 0.5∼4.0㎛ 정도의 두께로 형성한다. 이때, 제 1 희생층(120)은 트랜지스터가 내장된 구동기판(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면이 평탄하지 못하다. 그러므로, 제 1 희생층(120)의 표면은 스핀 온 글래스를 사용하는 방법 및 CMP방법으로 평탄화한다. 이어서, 제 1 희생층(120)중 아래에 드레인 패드(105)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 식각방지층(115)의 일부를 노출시킨다. 이 노출된 식각방지층(115)의 상부에는 액츄에이터(160)의 고정단이 형성된다.The first sacrificial layer 120 is formed on the etch stop layer 115. The first sacrificial layer 120 is formed to a thickness of about 0.5 to 4.0 ㎛ polysilicon by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method. In this case, since the first sacrificial layer 120 covers the upper portion of the driving substrate 100 in which the transistor is embedded, its surface is not flat. Therefore, the surface of the first sacrificial layer 120 is planarized by a method using spin on glass and a CMP method. Subsequently, a portion of the first sacrificial layer 120 in which the drain pad 105 is formed is etched to expose a portion of the etch stop layer 115. A fixed end of the actuator 160 is formed on the exposed etch stop layer 115.
도 6b를 참조하면, 멤브레인(130)은 노출된 식각방지층(115)과 제 1 희생층(120)위에 형성한다. 상기 멤브레인(130)은 질화물을 저압 화학 기상 증착 방법으로 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께로 형성한다. 앞서 언급한 바와 같이, 멤브레인(130)은 그 평면 형상이 가운데가 뚫린 사각 테두리 형상으로 이루어지며, 상기 식각방지층(115)이 노출된 부분에 해당하는 일측 끝단이 구동기판(100)에 지지되어 고정단을 형성하며, 상기 고정단에서 서로 평행하게 연장되어 자유단을 형성하며, 상기 자유단은 서로 직각으로 연결되는 형상으로 이루어진다.Referring to FIG. 6B, the membrane 130 is formed on the exposed etch stop layer 115 and the first sacrificial layer 120. The membrane 130 is formed of a nitride having a thickness of about 0.1 to 1.0㎛ by a low pressure chemical vapor deposition method. As mentioned above, the membrane 130 has a planar shape having a rectangular rim shape with a center thereof, and one end corresponding to the exposed portion of the etch stop layer 115 is supported and fixed to the driving substrate 100. A stage is formed and extends in parallel with each other at the fixed end to form a free end, and the free end has a shape connected to each other at right angles.
이어서, 도 6c를 참조하면, 상기 멤브레인(130)의 일측 고정단에서 연장되어 서로 평행한 자유단 위에 "ㄷ" 형상으로 순차적으로 하부전극(135), 변형층(140) 및 상부전극(145)이 형성된다. 즉, 자유단의 끝단만을 제외하고 상기 하부전극(135), 변형층(140) 및 상부전극(145)이 형성된다.Subsequently, referring to FIG. 6C, the lower electrode 135, the strained layer 140, and the upper electrode 145 sequentially extend from one fixed end of the membrane 130 and have a "c" shape on the free ends parallel to each other. Is formed. That is, the lower electrode 135, the strained layer 140, and the upper electrode 145 are formed except for only the end of the free end.
상기 하부전극(135)은 백금 또는 백금-탄탈륨등의 금속으로 이루어지며, 상기 변형층(140)은 PZT 또는 PZLT등의 압전물질을 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 0.1∼1.0㎛의 두께로 형성되며, 상기 상부전극(145)은 알루미늄, 백금, 또는 은 등을 스퍼터링 방법으로 0.1∼1.0㎛ 두께로 형성된다.The lower electrode 135 is made of a metal such as platinum or platinum-tantalum, and the strained layer 140 is formed of a sol-gel method, a sputtering method, or a chemical vapor phase using a piezoelectric material such as PZT or PZLT. It is formed to a thickness of 0.1 ~ 1.0㎛ by CVD method, the upper electrode 145 is formed to a thickness of 0.1 ~ 1.0㎛ by sputtering method of aluminum, platinum, or silver.
이어서, 상기 고정단의 일단에 비아홀(150)을 형성하고 리프트 오프 공정을 이용해 비아컨택(155)을 형성하여 드레인 패드(105)와 하부전극(135)을 전기적으로 연결한다.Subsequently, a via hole 150 is formed at one end of the fixed end and a via contact 155 is formed using a lift-off process to electrically connect the drain pad 105 and the lower electrode 135.
상기 상부전극(140)에 공통전극으로서 바이어스 전압이 인가되고 상기 하부전극(135)에 화상신호가 인가되면, 상부전극(140)과 하부전극(135)의 사이에 전계가 발생한다. 이 전계의 크기에 비례하여 변형층(130)이 변형을 일으킨다.When a bias voltage is applied to the upper electrode 140 as a common electrode and an image signal is applied to the lower electrode 135, an electric field is generated between the upper electrode 140 and the lower electrode 135. The strained layer 130 causes deformation in proportion to the magnitude of the electric field.
특히, 도 6d를 참조하면, 상기 멤브레인(130)의 자유단 끝단부의 중심에 포스트 지지부(180)를 형성한다. 본 발명의 실시예에서는 상기 포스트 지지부(180)는 하부전극(135)을 패터닝하는 공정 중에 형성된다. 즉, 포스트(도면상 미도시)가 형성될 위치에 하부전극의 일부를 남기고 그 중심부에 포스트의 외주면과 동일한 크기의 오목부(185)를 형성한 것이다.In particular, referring to FIG. 6D, the post support 180 is formed at the center of the free end of the membrane 130. In an embodiment of the present invention, the post support part 180 is formed during the process of patterning the lower electrode 135. That is, the recess 185 having the same size as the outer circumferential surface of the post is formed in the center of the lower electrode while leaving a part of the lower electrode at the post (not shown).
이어서, 도 6e를 참조하면, 상기 포스트 지지부(180)가 형성된 액츄에이터(160) 전면에 제 2 희생층(165)을 형성한다. 제 2 희생층(165)은 포토 레지스트 또는 폴리 실리콘을 소정두께로 형성하고 상기 포스트 지지부(180)의 오목부(185) 직상방에 포스트가 형성될 자리를 패터닝하여 오목부(185)를 노출시킨다.Subsequently, referring to FIG. 6E, a second sacrificial layer 165 is formed on the entire surface of the actuator 160 on which the post support 180 is formed. The second sacrificial layer 165 may form photoresist or polysilicon to a predetermined thickness, and may expose a recess 185 by patterning a position where a post is to be formed directly above the recess 185 of the post support 180. .
이어서, 도 6f를 참조하면, 패터닝된 제 2 희생층(165) 위에 반사특성이 우수한 알루미늄 재질의 거울면(170)을 스퍼터링 공정으로 형성하고 픽셀단위로 패터닝한다. 이때, 상기 노출된 오목부(185)에 알루미늄이 충진되어 포스트(175)를 형성한다.Subsequently, referring to FIG. 6F, an aluminum mirror surface 170 having excellent reflection characteristics is formed on the patterned second sacrificial layer 165 by a sputtering process and patterned pixel by pixel. In this case, aluminum is filled in the exposed recess 185 to form a post 175.
이어서, 도 6g를 참조하면, 픽셀단위로 패터닝된 거울면의 가장자리를 통해 노출된 제 2 희생층(165) 및 제 1 희생층(120)은 연속적으로 식각공정을 이용해 제거한다.Subsequently, referring to FIG. 6G, the second sacrificial layer 165 and the first sacrificial layer 120 exposed through the edges of the mirror surface patterned pixel by pixel are continuously removed using an etching process.
제 1 희생층(120) 및 제 2 희생층(165)이 모두 폴리 실리콘 재질로 이루어진 경우 식각가스로 XeF2를 이용하고, 제 1 희생층(120)이 폴리 실리콘이며 제 2 희생층(165)이 포토 레지스트인 경우 O2플라즈마와 XeF2식각가스를 이용한다.When both the first sacrificial layer 120 and the second sacrificial layer 165 are made of polysilicon, XeF 2 is used as an etching gas, and the first sacrificial layer 120 is polysilicon and the second sacrificial layer 165 is used. In the case of this photoresist, O 2 plasma and XeF 2 etching gas are used.
이처럼 제 1 및 제 2 희생층(120,165)이 제거되면 구동기판(100)과 액츄에이터(160) 사이에 제 1 에어갭(120')이 형성되고, 액츄에이터(160)와 거울면(170) 사이에 제 2 에어갭(165')이 형성되어 거울면(170)이 액츄에이터(160)의 자유단부 끝단에 포스트(175)에 의해 지지되는 구조를 이룬다.As such, when the first and second sacrificial layers 120 and 165 are removed, a first air gap 120 ′ is formed between the driving substrate 100 and the actuator 160, and between the actuator 160 and the mirror surface 170. The second air gap 165 ′ is formed to form a structure in which the mirror surface 170 is supported by the post 175 at the free end of the actuator 160.
이와같은 액츄에이터(160) 및 거울면(170)이 구동기판(100) 위에 픽셀수만큼 형성되어 AMA 소자를 이룬다.The actuator 160 and the mirror surface 170 are formed on the driving substrate 100 by the number of pixels to form an AMA device.
한편, 본 발명의 다른실시예에 따르면, 상기 포스트 지지부(180')는 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 포스트(175)가 형성될 위치의 상기 멤브레인(130) 상에 별도의 패터닝공정으로 상기 포스트(175)의 하부가 일정깊이 삽입될 수 있도록 형성하는 것도 가능하다.Meanwhile, according to another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 7, the post support 180 ′ is formed by a separate patterning process on the membrane 130 at the position where the post 175 is to be formed. It is also possible to form the bottom of the post 175 can be inserted to a certain depth.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 바이어스 전압이 TCP의 패드(미도시됨) 및 AMA 패널의 패드(미도시됨)를 경유하여 상부전극(145)에 전달된다. 이와 동시에, 화상 신호는 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 경유하여 구동기판(100)에 내장된 트랜지스터와 드레인 패드(105) 및 비아컨택(150)을 통하여 하부전극(135)에 전달된다. 따라서, 상부전극(145)과 하부전극(135) 사이에 전계가 발생하며, 이러한 전계의 크기에 비례하여 변형층(140)은 변형을 일으킨다.In the above-described thin film type optical path adjusting device according to the present invention, a bias voltage is transmitted to the upper electrode 145 via a pad (not shown) of TCP and a pad (not shown) of AMA panel. At the same time, the image signal is transmitted to the lower electrode 135 through the transistor and the drain pad 105 and the via contact 150 embedded in the driving substrate 100 via the pad of the TCP and the pad of the AMA panel. Therefore, an electric field is generated between the upper electrode 145 and the lower electrode 135, and the strained layer 140 causes deformation in proportion to the magnitude of the electric field.
변형층(140)은 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 변형층(140) 및 멤브레인(130)을 포함하는 액츄에이터(160)는 소정의 각도로 휘어진다. 거울면(170)은 액츄에이터(160)의 자유단의 끝단에 형성되어 있으므로 액츄에이터(160)와 같은 각도로 휘어진다. 따라서, 거울(170)은 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게된다.The strained layer 140 contracts in a direction perpendicular to the electric field, and the actuator 160 including the strained layer 140 and the membrane 130 is bent at a predetermined angle. Since the mirror surface 170 is formed at the end of the free end of the actuator 160, the mirror surface 170 is bent at the same angle as the actuator 160. Accordingly, the mirror 170 reflects the incident light beam at a predetermined angle, and the reflected light beam passes through the slit to be projected onto the screen to form an image.
특히, 포스트(175)는 포스트 지지부(180)의 오목부(185)에 그 하단이 삽입되어 거울면(170)을 지지하는 포스트(175)의 결합강도가 증가되어 AMA 작동시 거울면(170)이 액츄에이터(160)로부터 이탈되는 것을 억제해 화면상에서 포인트 디펙트(point defect)가 발생되는 것을 방지하게 된다.In particular, the post 175 has a lower end inserted into the recess 185 of the post support 180 to increase the coupling strength of the post 175 supporting the mirror surface 170. The deviation from the actuator 160 is suppressed to prevent the occurrence of point defects on the screen.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.In the above description, it should be understood that those skilled in the art can only make modifications and changes to the present invention without changing the gist of the present invention as it merely illustrates a preferred embodiment of the present invention.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 2층 구조 박막형 광로조절장치 및 그의 제조방법에 따르면 포스트 연결부위의 결합강도를 향상시켜 AMA의 기계적 안정성을 향상시킬 수 있으며, 피로에 의한 포스트의 한계수명을 연장하는 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the two-layer thin film type optical path control apparatus according to the present invention and a method for manufacturing the same, the mechanical strength of the AMA can be improved by improving the bonding strength of the post connection portion, and extending the limit life of the post due to fatigue. The effect can be obtained.
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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Payment date: 20081001 Year of fee payment: 9 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |