KR100291552B1 - 박막형 광로 조절 장치의 금속층 패터닝 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투사형 화상 표시 장치로 이용되는 박막형 광로 조절 장치의 복수개의 층중 금속층을 패터닝 하는데 있어서, 초기 패턴의 사이즈 변화없이 매탈릭 폴리머 펜스(Metallic Polymer Fence)의 형성을 방지하기 위하여, 프록시미티(Proximity) 방법으로 노출(Expose) 하여, 빛의 산란 현상에 의해 노출 단계에서 패턴 사이즈의 변화 없이 슬롭을 형성함으로써, 종래의 리플로우 공정에 있어서보다 간소한 공정으로, 패턴 사이즈의 변화없이 메탈릭 폴리머 펜스(Metallic Polymer Fence)가 형성되지 않도록 박막형 광로 조절 장치의 금속층을 패터닝 할 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 금속층 패터닝 방법

본 발명은 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 박막형 광로 조절 장치의 금속층을 패터닝할 때 프록시미티 프린트(Proximity Print)를 사용하여 슬롭(Slope)을 줌으로써, 박막형 광로 조절 장치의 메탈층을 식각할 때 시이드월(Side wall)에 발생되는 메탈릭 폴리머 펜스(Metallic Polymer Fence)를 패턴 사이즈의 변화없이 제거하는 데 적합한 박막형 광로 조절 장치의 금속층 패터닝 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 화상 표시 장치는 표시 방법에 따라, 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로 구분된다.

직시형 화상 표시 장치는 CRT(Cathode Ray Tube; 이하, 'CRT'라고 칭함) 등이 있는데, 이러한 CRT 화상 표시 장치는 화질은 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증대와, 가격이 비싸지는 등의 문제점이 있어 대화면을 구비하는 데 한계가 있다.

투사형 화상 표시 장치는 대화면 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : 이하 LCD라 칭함) 등이 있는데, 이러한 대화면 LCD의 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수 있다.

그러나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광의 손실이 크고 LCD를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과 면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.

따라서, 액츄에이티드 미러 어레이 (Actuated Mirror Arrays : 이하 'AMA'라 칭함)를 이용한 투사형 화상 표시 장치가 개발되었다.

AMA를 이용한 투사형 화상 표시 장치는 광원에서 발광된 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리한 후, 액츄에이터들로 이루어진 광로 조절 장치의 구동에 의해 분리된 광의 광로를 변경시킨다. 즉, 액츄에이터들에 실장되어 이 액츄에이터들이 개별적으로 구동되는 것에 의해 기울어지는 거울들에 분리된 광을 각각 반사시켜 광로(Light Path)를 변경시킴으로써 광의 양을 조절하여 화면으로 투사시키며, 이를 통해 화면상에 목적으로 하는 화상을 표시한다.

여기에서, 액츄에이터는 압전 또는 전왜 세라믹으로 이루어진 변형부에 인가되는 전압에 의해 전계가 발생되어 변형부가 변형되는 것을 이용하여 거울을 기울게 한다.

AMA는 구동 방식에 따라 1차원 AMA와 2차원 AMA로 구별된다. 1차원 AMA는 거울들이 M × 1 어레이로 배열되고, 2차원 AMA는 거울들이 M × N 어레이로 배열되고 있다. 따라서, 1차원 AMA를 이용한 투사형 화상 표시 장치는 주사거울을 이용하여 M × 1 개 광속들을 선주사시키고, 2차원 AMA를 이용하는 투사형 화상 표시 장치는 M × N 개의 광속들을 투사시켜 화상을 나타나게 한다.

또한, 액츄에이터는 변형부의 형태에 따라 벌크형(Bulk Type)과 박막형(Thin Film Type)으로 구분된다. 벌크형은 다층 세라믹을 얇게 잘라 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(Ceramic Wafer)를 구동 기판에 실장한 후 쏘잉(Sawing) 등으로 가공하고 거울을 실장한다. 그러나, 벌크형 액츄에이터는 액츄에이터들을 쏘잉에 의해 분리하여야 하므로 긴 공정시간이 필요하며, 또한, 변형부의 응답 속도가 느린 문제점이 있었다.

따라서, 반도체 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형의 액츄에이터가 개발되었다.

즉, 도 1을 참조하면, 일반적인 박막형 광로 조절 장치는 복수개의 능동 소자(도시생략)가 매트릭스 구조로 내장된 실리콘 기판(110)상에 능동 소자를 식각액으로부터 보호하기 위한 패시베이션층(120)과 이 후 희생층(도시생략)이 제거될 때 불산용액(HF)으로부터 패시베이션층(120)을 보호하기 위한 식각 스톱층(130)을 구비한 구동 기판(100) 및 구동 기판(100)의 상부에 순차적으로 적층되어 있는 멤브레인(210), 하부 전극(220)과, 변형부(230), 상부 전극(240)의 복수개의 층들을 포함하고, 일단부가 구동 기판(100)의 표면상에 부착된 지지부와 타단부가 구동 기판(100)의 표면으로부터 소정 간격으로 이격되어 캔틸레버(Cantilever) 구조로 형성되어 있는 액츄에이터(200)로 이루어져 있다. 이때, 하부 전극(220)은 구동 기판(100)에 내장되어 있는 복수개의 능동 소자와 전기적으로 연결되어서 신호 전극으로 작용하는 반면에 상부 전극(240)은 반사 특성이 양호한 공통 전극으로 작용한다.

따라서, 능동 소자를 통하여 하부 전극(220)에 전기적 신호가 인가되는 경우에 하부 전극(220)과 상부 전극(240) 사이의 전위차 발생에 의하여 변형부(230)가 압전 변형됨과 동시에 액츄에이터의 구동부가 소정의 각도로 틸팅되며, 그 결과 반사면으로 작용하는 상부 전극(240)의 표면으로 입사된 광원의 백색광이 반사되어서 도시 생략된 스크린상에 화상을 표시하게 된다.

한편, 박막형 광로 조절 장치의 액츄에이터를 이루는 복수개의 층중 금속으로 이루어진 상부 전극(240) 및 하부 전극(220)을 소정 형상으로 패터닝하는 방법은, 도 2a 내지 2c에 도시된 바와같이, 상부 전극(240) 또는 하부 전극(220)과 같은 금속층(310)의 상부에 포토레지스트층(Photo Resist Layer)(320)을 형성하고 마스크(도시생략)를 이용하여 노출(Expose) 및 현상(Develope) 공정을 통해 포토레지스트층(Photo Resist Layer)(320)을 패터닝한 후, 포토레지스터층(Photo Resist Layer)(320)의 패턴에 따라 반응성 이온 식각(RIE: Reactuive Ion Etching) 공정과 같은 이방성 식각으로 금속층(310)을 식각한다.

이후, 플라즈마 반응실(Plasma Reacter)에 넣고 산소(O₂)를 주입하여 플라즈마 장의 영향으로 산소가 높은 에너지 준위로 여기되면서 PR성분은 산화되어 화합물 가스 형태로 진공으로 배출된다.

그러나, 종래의 금속층 패터닝 방법은 식각 공정시 식각된 금속 잔유물로 이루어진 금속성 폴리머(Metalic Polymer)가 수직방향 즉, 포토레지스트층(Photo Resist Layer)(320)의 내벽을 따라 재증착(Redeposition)되어 사이드 월(Sidewall)에 메탈릭 폴리머 팬스(Metallic Polymer Fence)(325)를 형성하게 되므로써 박막형 광로 조절 장치 작동시에 상부 전극(240)과 하부 전극(220) 사이의 쇼트(Short)를 유발하는 원인이 되는 문제점이 있었다.

따라서, 상기한 바와같은 문제점을 해결하기 위하여 종래에 있어서는, 메탈릭 폴리머 펜스(325)가 생성되는 원인이 수직면에서 에칭된 물질의 재증착 비율(Rrdeposition Rate)이 에칭 비율(Etching Rate)에 비해 높기 때문인 것을 고려하여, 리플로우 공정(Reflow Process)을 통해 포토레지스트층(Photo Resist Layer)(320)에 슬롭(Slope)을 형성함으로써, 메탈릭 폴리머 펜스(325)의 형성을 사전에 방지하였다.

그러나, 상기의 리플로우 공정(Reflow Process)에 의해 메탈릭 폴리머 펜스(325)의 생성을 방지하는 종래의 방법은 재현성이 떨어지고, 일예로서 도 3에 도시된 바와같이, 포토레지스트(PR)가 흘러내려 초기 패턴 사이즈(Pattern Size)를 오버하는 문제점이 있었다. 즉, 포토레지스트의 흘러내임을 인해 초기 패턴 사이즈 S1이 패턴 사이즈 S2로 변화(S1＞S2)하게 되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 노출 방법은 접촉형(Contact)을 사용하므로, 마스크와 웨이퍼의 밀착으로 인해 마스크와 포토레지스트층이 손상을 입어 수율이 감소하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 접촉형(Contact) 대신 프록시미티(Proximity) 방법을 이용함으로써, 간소화된 공정으로 초기의 패턴 사이즈에 변화없이 메탈릭 폴리머 펜스의 형성을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 마스크와 웨이퍼의 손상을 방지하여 수율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 금속층 패터닝 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 투사형 화상 표시 장치로 이용되는 박막형 광로 조절 장치의 금속층을 패터닝하는 방법에 있어서, 베이스의 상부에 금속 물질을 형성하는 제 1 단계; 상기 금속 물질의 상부에 포토레지스트를 형성하는 제 2 단계; 상기 포토레지스트의 상부에 임의의 패턴을 갖는 마스크를 수 내지 수십 ㎛ 간격만큼 이격시켜 정렬 및 노광하는 마스크 근접 노광 방법을 이용하여 상기 포토레지스트를 노광하는 제 3 단계; 상기 노광된 포토레지스트를 현상하여 포토레지스트의 일부를 제거함으로써, 잔류하는 포토레지스트의 각 종단에서 소정의 경사를 갖는 슬로프가 형성된 포토레지스트 패턴을 형성하는 제 4 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로하여 상기 금속 물질의 일부를 제거함으로써, 목표로 하는 임의의 패턴을 갖는 금속층을 형성하는 제 5 단계; 및 상기 금속층의 상부에 잔존하는 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 제 6 단계로 이루어진 박막형 광로 조절 장치의 금속층 패터닝 방법을 제공한다.

제1도는 일반적인 박막형 광로 조절 장치의 단면을 도시한 단면도.

제2a도 내지 제2c도는 종래 박막형 광로 조절 장치의 제조에 있어서 금속층 식각시에 나타나는 문제점을 설명하기 위해 도시한 예시도.

제3도는 종래 방법에 따른 리플로우 공정시에 슬롭을 형성할 때 패턴 사이즈가 변화하는 것을 설명하기 위해 도시한 예시도.

제4도는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 박막형 광로 조절 장치의 금속층을 패터닝하는 공정을 순차적으로 도시한 공정도.

〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉

300 : 베이스층 310 : 금속층

315 : 메탈릭 폴리머 펜스 320 : 포토레지스트층

330 : 마스크

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 여기에서, 이해의 증진을 위해 종래와 동일한 구성 부재에는 동일한 도면 번호를 사용한다.

도 4a 내지 4e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 박막형 광로 조절 장치의 금속층을 패터닝하는 공정을 순차적으로 도시한 공정도로서, 그 구성 부재로써 베이스(300), 금속층(310), 포토레지스트층(320), 마스크(330)를 포함한다.

먼저, 도 4a를 참조하면, 베이스층(300)은 박막형 광로 조절 장치의 액츄에이터를 구성하는 복수개의 층들중 금속층(310)이 형성되기 위한 기저층으로서, 금속층(310)이 도 1에 도시된 상부 전극(240)일 경우 베이스층(300)은 도 1에 도시된 변형부(230)가 되고, 금속층(310)이 도 1에 도시된 하부 전극(220)일 경우 베이스층(300)은 도 1에 도시된 멤브레인(210)이 될 것이다.

또한, 베이스층(300)의 상부에 백금/티타늄(Pt/Ti)이나 백금/탄탈륨(Pt/Ta)를 스퍼터링(Sputtering) 공정에 의해 약 200 내지 1000Å 두께로 형성하는 경우, 금속층(310)은 공통 전극 및 미러면으로 작용하는 상부 전극(240) 또는 신호 전극으로 작용하는 하부 전극(220)일 수 있다.

이후, 금속층(310)의 상부에 포토레지스트(PR), 특히 양성 포토레지스트(PR)를 스핀 코팅(Spin Coating) 공정에 의해 소정 두께로 적층하여 포토레지스트층(320)을 형성하며, 그 두께는 포토레지스트(PR)의 점도와 최종 스핀 속도로 조절 한다.

이후, 도 4b에 도시된 바와같이, 포토레지스를 소정 형상으로 패터닝하기 위하여 포토레지스트층(320)에 마스크(330)를 소정 간격 이격시켜 정렬 및 노광을 하며, 이때, 마스크(330)로 노출(Expose)하는 방법은 본 발명에 따라 포록시미티(Proximity) 방법을 사용하며, 그 간격(Gap)은 5~20㎛ 정도의 범위로 이격시킨다.

또한, 이격된 마스크, 특히 본 발명의 일실시예에 따른 다크 필드 마스크(Dark Field Mask)의 투명부를 통해, 다중화 되어 있는 포토레지스트층(320)의 일부가 자외선(Ultraviolet), 극 자외선(Deep Ultraviolet), 이-빔(E-Beam) 또는 엑스레이(X-Ray) 등과 같은 노출 광원(Exposure Sources)으로부터의 광에 노출되어 광분해되고, 나머지 일부는 다중체로 유지됨으로써 마스크의 패턴이 사기 포토레지스트층(320)에 전사된다.

한편, 포토레지스트층(320)은 마스크(330)로부터 소정 간격으로 이격되어 있기 때문에, 투명부를 통과한 빛이 산란 현상을 일으켜 패턴 주변의 일부도 광분해를 일으킨다.

이후, 도 4c에 도시된 바와같이, 마스크(330)의 투명부를 통한 노출(Expose)에 의해 광분해되어 비다중화된 부분을 현상(Develope) 공정에 의해 제거하여 포토레지스트층(320)의 패턴을 형성하며, 이때 현상액(Developer Chemicals)은 본 발명에 따른 포토레지스트(PR)이 양성 포토레지스트(Positive PR)이므로, 수산화칼륨이나 수산화나트륨 등의 알칼리 용액을 사용하고, 현상 속도는 두 용액과 물과의 혼합비로써 조절하며, 비다중화 부분의 현상후에는 물에 의한 현상액의 세척으로 현상 공정을 마친다.

한편, 상기한 현상(Develope) 공정에 의한 포토레지스트층(320)의 패턴 형성시, 노출(Expose) 공정에 있어서 빛의 산란에 의해 노광된 패턴의 주변까지 제거되어 슬롭(Slope)을 형성함으로써, 종래의 리플로우(Reflow)에 의한 슬롭(Slope) 형성 공정을 거치지 않고 노출(Expose) 단계에서 슬롭(Slope)을 형성할 수 있으며, 또한, 리플로우(Reflow) 공정에서의 포토레지스트(PR)의 흘러내림에 의한 초기 패턴 사이즈(S1)와 포토레지스트층(320)의 패턴 사이즈(S2)가 일치되게 형성된다.

이후, 도 4d에 도시된 바와같이, 포토레지스트층(320)의 패턴에 따라 양호한 이방성 식각 공정, 특히 반응성 이온 식각 공정(RIE: Reactive Ion Etch)으로 금속층(310)의 일부를 제거하여 소정 형상의 패턴을 형성한다.

이때, 재층착되는 매탈릭 폴리머 펜스(Metallic Polymer Fence)는, 도 2b에 도시된 바와같이 종래의 슬롭이 없는 경우 수직으로 형성되어, 그 두께가 두껍기 때문에 식각으로 완전히 제거되지 않는다.

그러나, 본 발명에 따라 노출(Expose) 및 현상(Develope) 공정에 의해 형성된 슬롭(Slope)을 형성하면, 재층착되는 매탈릭 폴리머 펜스(Metallic Polymer Fence)는 도 4에 도시된 바와같이 슬롭을 따라 경사를 가지고 완만하게 증착되며, 그 결과 식각 공정이 메탈릭 폴리머 펜스에 균일하게 작용하여 메탈릭 폴리머 펜스를 제거하므로 메탈릭 폴리머 펜스는 형성되지 않는다. 이때, 슬롭의 경사각(도 4에 'θ'로 표시)이 작을수록 메탈릭 펜스는 슬롭을 따라 수평에 가깝게 형성되어, 식각에 의해 완전히 제거하기가 용이해진다.

이후, 도면 4e에 도시된 바와같이, 패턴이 형성된 금속층(310)의 상부에 잔존하는 포토레지스트층(310)을 플라즈마를 이용한 건식 스트리핑(Dry Stripping) 공정으로 제거한다.

상기한 바와같은 내용은 첨부된 도면을 참조하여서 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

이상 설명한 바와같이 본 발명에 따르면, 노출(Expose) 공정에 프록시미티(Proximity) 방법을 사용하여 노출 단계에서 슬롭을 형성함으로써, 종래의 리플로우(Reflow) 공정보다 간소화된 공정으로 패턴 사이즈의 변화 없이 메탈릭 폴리머 펜스(Metallic Folymer Fence)의 형성을 효과적으로 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. 투사형 화상 표시 장치로 이용되는 박막형 광로 조절 장치의 금속층을 패터닝하는 방법에 있어서, 베이스의 상부에 금속 물질을 형성하는 제 1 단계; 상기 금속 물질의 상부에 포토레지스트를 형성하는 제 2 단계; 상기 포토레지스트의 상부에 임의의 패턴을 갖는 마스크를 수 내지 수십 ㎛ 간격만큼 이격시켜 정렬 및 노광하는 마스크 근접 노광 방법을 이용하여 상기 포토레지스트를 노광하는 제 3 단계;

   상기 노광된 포토레지스트를 현상하여 포토레지스트의 일부를 제거함으로써, 잔류하는 포토레지스트의 각 종단에서 소정의 경사를 갖는 슬로프가 형성된 포토레지스트 패턴을 형성하는 제 4 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 식각 마스크로하여 상기 금속 물질의 일부를 제거함으로써, 목표로 하는 임의의 패턴을 갖는 금속층을 형성하는 제 5 단계; 및 상기 금속층의 상부에 잔존하는 상기 포토레지스트 패턴을 제거하는 제 6 단계로 이루어진 박막형 광로 조절 장치의 금속층 패터닝 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 식각 마스크의 이격 간격은, 5~20㎛ 범위인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 금속층 패터닝 방법.