KR19980046147A - 박막형 광로 조절장치의 제조 방법 - Google Patents

박막형 광로 조절장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

거울의 수평도를 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은, ⅰ) M×N개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인이 형성된 액티브 매트릭스의 상부에 제1 희생층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 제1 희생층의 일부를 식각한 후, 상기 액티브 매트릭스 및 상기 제1 희생층의 상부에 멤브레인, 하부전극, 변형층 및 상부전극을 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계, ⅲ) 상기 액츄에이터의 일측에 상기 액티브 매트릭스에 인가되는 화상 신호 전압을 상기 액츄에이터로 전달하기 위한 비어 컨택을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 제1 희생층을 제거하여 제1 에어 갭을 형성하는 단계, ⅴ) 상기 제1 에어 갭이 형성된 결과물 전면에 제2 희생층을 형성하는 단계, ⅵ) 상기 제2 희생층의 상부에 거울을 형성하는 단계, 그리고 ⅶ) 상기 제2 희생층을 제거하여 제2 에어 갭을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 거울이 형성될 표면을 유동성이 좋은 제2 희생층으로 평평하게 만든 후 그 위에 거울을 장착하기 때문에, 액츄에이터들의 초기 휘어짐이나 비균일성에 관계없이 거울 면을 평평하게 하여 광효율을 향상시킬 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 제조 방법
본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Array)의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 거울의 수평도를 향상시킴으로서 광원으로부터 입사되는 광속의 광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광속을 조절하여 화상을 형성할 수 있는 광로 조절 장치는 크게 두 종류로 구분된다. 그 한 종류는 직시형 화상 표시 장치로서 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 있으며, 다른 한 종류는 투사형 화상 표시 장치로서 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display：LCD), 또는 DMD(Deformable Mirror Device), AMA 등이 이에 해당한다. 상기 CRT 장치는 화상의 질은 우수하지만 화면의 대형화에 따라 장치의 중량과 용적이 증가하며 그 제조 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 이에 비하여 액정 표시 장치(LCD)는 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성할 수 있어 그 중량 및 용적을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 상기 액정 표시 장치(LCD)는 입사되는 광속의 편광으로 인하여 1∼2％의 광효율을 가질 정도로 효율이 저하되며, 액정 물질의 응답 속도가 느리고 내부가 과열되기 쉬운 문제점이 있다.
따라서 상기 문제점들을 해결하기 위하여 DMD(Deformable Mirrors Device), 또는 AMA 등의 화상 표시 장치가 개발되었다. 현재, DMD 장치가 5％ 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA 장치는 10％ 이상의 광효율을 얻을 수 있다. 또한 AMA 장치는 콘트라스트(contrast)를 향상시켜 보다 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있으며, 입사되는 광속의 극성에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 광속의 극성에 영향을 끼치지도 않는다. 이러한 미합중국 특허 제5,126,836호(issued to Gregory Um)에 개시된 AMA의 엔진 시스템의 개략도를 도 1에 도시하였다.
도 1에 도시한 바와 같이, 광원(1)으로부터 입사된 광속은 제1 슬릿(3) 및 제1 렌즈(5)를 지나면서 R·G·B(Red·Green·Blue) 표색계에 따라 분광된다. 상기 R·G·B 별로 분광된 광속은 각기 제1 거울(7), 제2 거울(9) 및 제3 거울(11)에 의하여 반사되어 각각의 거울에 대응하여 설치된 AMA 소자들(13)(15)(17)로 입사된다. 상기 R·G·B 별로 형성된 AMA 소자들(13)(15)(17)은 각기 내부에 구비된 거울들을 소정의 각도로 경사지게 하여 입사된 광속을 반사시킨다. 이 때, 상기 거울은 거울의 하부에 형성된 변형부의 변형에 따라 기울게 된다. 상기 AMA 소자들(13)(15)(17)로부터 반사된 빛은 제2 렌즈(19) 및 제2 슬릿(21)을 통과한 후, 투영렌즈(23)에 의하여 스크린(도시되지 않음)에 투영되어 화상을 맺게 된다.
상기 변형부의 구성 물질로서는 대부분의 경우 산화아연(ZnO)이 사용된다. 그러나, PZT(lead zirconate titanate, Pb(Zr, Ti)O3)가 산화아연 보다 더 우수한 압전 특성을 가진다는 사실이 근래에 알려져왔다. 상기 PZT는 PbZrO3와 PbTiO3의 완전 고용체(solid solution)로서 고온에서는 결정 구조가 입방정(cubic)인 상유전상(paraelectric phase)으로 존재하며, 상온에서는 Zr과 Ti의 조성비에 따라 결정 구조가 사방정(orthorhombic)인 반강유전상(antiferroelectric phase), 능면체정(rhombohedral)인 강유전상(ferroelectric phase), 그리고 정방정(tetragonal)인 강유전상으로 존재한다.
이러한 PZT의 이원 상태도(binary phase diagram)를 도 2에 도시하였다. 도 2를 참조하면, Zr과 Ti의 조성비가 약 1：1인 조성에서 정방정상(tetragonal phase)과 능면체정상(rhombohedral phase)의 상경계(morphotropic phase boundary：MPB)가 있으며, PZT는 상기 상경계(MPB)의 조성에서 최대의 유전 특성(dielectric property) 및 압전 특성을 나타낸다. 상기 상경계는 특정 조성에 위치하지 않고 비교적 넓은 조성 범위에 걸쳐 정방정상과 능면체정상이 공존하는 영역으로 되어 있으며, 상공존 영역(phase coexistent region)은 연구자에 따라 2∼3mol％에서 15mol％에 이르기까지 각기 다르게 보고되어 있다. 이러한 상공존의 원인으로서는 열역학적 안정성(thermodynamic stability), 조성의 불균일성(compositional fluctuation), 내부 응력(internal stress) 등의 여러 가지 이론들이 제시되고 있다. 현재, PZT 박막은 스핀 코팅(spin coating) 방법, 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition：CVD) 방법, 스퍼터링(sputtering) 방법 등과 같은 다양한 공정을 이용하여 제조할 수 있다.
이러한 광로 조절 장치인 AMA는 크게 벌크(bulk)형과 박막(thin film)형으로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는 미합중국 특허 제5,085,497호(issued to Gregory Um et al.)에 개시되어 있다. 벌크형 광로 조절 장치는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(wafer)를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix) 상에 장착한 후, 쏘잉(sawing) 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치하여 이루어진다. 그러나 벌크형 광로 조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 높은 정밀도가 요구되고 변형부의 응답 속도가 느리다는 문제점이 있다. 이에 따라 반도체 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다.
상기 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 특허 출원한 특허출원 제96-42197호(발명의 명칭：멤브레인의 스트레스를 조절할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법)에 개시되어 있다.
도 3은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 4는 도 3에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 일측 상부에 드레인(drain)(49)이 형성된 액티브 매트릭스(active matrix)(41)와 액티브 매트릭스(41)의 상부에 형성된 액츄에이터(43)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(41)는 액티브 매트릭스(41) 및 드레인(49)의 상부에 적층된 보호층(51)과 보호층(51)의 상부에 적층된 식각 방지층(etch stop layer)(53)을 포함한다. 상기 액티브 매트릭스(41)의 내부에는 M×N개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있다.
상기 액츄에이터(43)는 상기 식각 방지층(53) 중 아래에 드레인(49)이 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(air gap)(55)을 개재하여 상기 식각 방지층(53)과 평행하도록 적층된 멤브레인(57), 멤브레인(57)의 상부에 적층된 하부전극(61), 하부전극(61)의 상부에 적층된 변형부(63), 변형부(63)의 일측 상부에 적층된 상부전극(65), 변형부(63)의 타측으로부터 하부전극(61), 멤브레인(57), 식각 방지층(53) 및 보호층(51)을 통하여 상기 드레인(49)까지 형성된 비어 홀(via hole)(68), 그리고 비어 홀(68) 내에 상기 하부전극(61)과 드레인(49)이 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(via contact)(69)을 포함한다.
도 3을 참조하면, 멤브레인(57)의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 또한, 상기 멤브레인(57)의 타측은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 멤브레인(57)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 오목한 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 멤브레인의 오목한 부분에 끼워지게 된다.
이하 상술한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 5a내지 도 5d에 있어서, 도 4와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 5a를 참조하면, M×N개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인(49)이 형성된 액티브 매트릭스(41)의 상부에 인 실리케이트 유리(Phospho-Silicate Glass：PSG)로 구성된 보호층(51)을 적층한다. 보호층(51)은 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(51)은 후속하는 공정으로부터 액티브 매트릭스(41)를 보호한다.
상기 보호층(51)의 상부에는 질화물로 구성된 식각 방지층(53)이 적층된다. 식각 방지층(53)은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD：LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(53)은 후속하는 식각 공정 동안 보호층(51) 및 액티브 매트릭스(41) 등이 식각되는 것을 방지한다. 식각 방지층(53)의 상부에는 희생층(56)이 적층된다. 희생층(56)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD：APCVD) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(56)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(41)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(56)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Galss：SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 희생층(56) 중 아래에 드레인(49)이 형성되어 있는 부분을 식각하여 식각 방지층(53)의 일부를 노출시킨다.
도 5b를 참조하면, 멤브레인(57)은 상기 노출된 식각 방지층(53)의 상부 및 희생층(56)의 상부에 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 적층된다. 상기 멤브레인(57)은 실리콘 카바이드를 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법을 이용하여 200∼300℃의 온도에서 형성된다. 이 때, 상기 실리콘 카바이드는 액상(liquid) C6H18Si2로부터 발생한 실리콘(Si)과 탄소(C)를 증착시켜 제조한다. 또는, 상기 실리콘 카바이드는 SiH4와 CH4의 혼합체로부터 발생한 Si와 C를 증착시켜 제조할 수 있다. 계속하여, 멤브레인(57) 내의 스트레스를 조절하기 위하여 600℃ 이하의 온도에서 실리콘 카바이드로 구성된 멤브레인(57)을 열처리한다.
상기 멤브레인(57)의 상부에는 백금, 또는 탄탈륨 등의 금속으로 구성된 하부전극(61)이 적층된다. 하부전극(61)은 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 신호 전극인 하부전극(61)에는 액티브 매트릭스(41)에 내장된 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호가 상기 드레인(49) 및 비어 컨택(69)을 통하여 인가된다. 그리고, 하부전극(61)을 각 픽셀(pixel)별로 분리하기 위하여 식각하여 패터닝한다.
도 5c를 참조하면, 상기 하부전극(61)의 상부에 PZT, 또는 PLZT로 구성된 변형부(63)를 형성한다. 변형부(63)는 졸-겔법을 이용하여 0．1∼ 1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한 후, 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 변형부(63)는 상부전극(65)과 하부전극(61) 사이에 발생하는 전계에 의하여 변형을 일으킨다. 상부전극(65)은 변형부(63)의 일측 상부에 적층된다. 상부전극(65)은 알루미늄, 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 공통 전극인 상부전극(65)에는 바이어스 전압이 인가되어 하부전극(61)과 상부전극(65) 사이에 전계가 발생하게 된다. 또한, 상부전극(65)은 광원으로부터 입사되는 광속을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다. 이어서, 상부전극(65)을 패터닝하여 중앙부에 스트라이프(67)를 형성한다. 스트라이프(67)는 상부전극(65)을 균일하게 작동시켜 입사되는 광속의 난반사를 방지한다.
도 5d를 참조하면, 상부전극(65)을 소정의 형상으로 패터닝한 후, 변형부(63)의 타측 상부로부터 드레인(49)의 상부까지 변형부(63), 하부전극(61), 멤브레인(57), 식각 방지층(53) 및 보호층(51)을 순차적으로 식각하여 상기 변형부(63)로부터 드레인(49)까지 비어 홀(68)을 형성한다. 이어서, 텅스텐, 백금, 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인(49)과 하부전극(61)이 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(69)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택(69)은 상기 비어 홀(68) 내에서 상기 하부전극(61)으로부터 드레인(49)의 상부까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 액티브 매트릭스(41)에 내장된 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호는 드레인(49) 및 비어 컨택(69)을 통하여 하부전극(61)에 인가된다. 계속해서, 상기 변형부(63), 하부전극(61), 멤브레인(57)을 차례로 패터닝한 후, 희생층(56)을 플루오르화 수소 증기로 식각하여 에어 갭(55)을 형성한다. 상기와 같이 박막형 AMA 소자를 완성한 후, 백금-탄탈륨(Pt-Ta)을 스퍼터링 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(41)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(ohmic contact)(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 액티브 매트릭스(41) 상부에 포토 레지스트(photo resist)(도시하지 않음)를 코팅한 후, 후속하는 공통 전극인 상부전극(65)에 바이어스 전압을 인가하는 동시에 신호 전극인 하부전극(61)에 화상 신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package) 본딩(bonding)을 대비하여 액티브 매트릭스(41)를 자른다. 이 때, 후속되는 공정을 위하여 액티브 매트릭스(41)를 소정의 두께까지만 잘라 낸다. 계속하여, TCP 본딩에 요구되는 AMA 패널(panel)의 패드(도시하지 않음)를 노출시키기 위해 AMA 패널의 패드 부위를 건식 식각 방법을 이용하여 식각한다. 상기와 같이 박막형 AMA 소자가 형성된 액티브 매트릭스(41)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP를 연결하여 박막형 AMA 모듈(module)의 제조를 완성한다.
그러나, 상기 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 거울의 기능을 함께 수행하는 상부전극의 일부만을 구동하여 광원으로부터 입사되는 광속을 반사시킴으로서, 소자의 전체 면적에 비하여 거울의 면적이 작아서 광효율이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 변형부를 포함하는 액츄에이터의 초기 휘어짐(initial tilting)으로 인하여 그 상부에 적층된 거울의 역할을 하는 상부전극도 함께 휘어지기 때문에, 액츄에이터가 변형을 일으킬 때 상부전극의 반사면이 평평하지 않게 되어 반사각이 일정해지지 않는다는 문제점이 있다. 더욱이, 상부전극이 변형부의 바로 위에 적층되기 때문에, 액츄에이터의 초기 휘어짐이나 비균일성에 의해 직접 영향을 받는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 거울 면을 평평하게 만들어 초기 휘어짐이 없이 입사되는 광속의 반사각을 일정하게 함으로서 광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래의 광로 조절 장치의 엔진 시스템의 개략도이다.
도 2는 PZT의 이원 상태도이다.
도 3은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 장치를 A-A′선으로 자른 단면도이다.
도 5a 내지 도 5d는 도 3에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 6은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 단면도이다.
도 7a 내지 도 7f는 도 6에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100：액티브 매트릭스105：드레인
110：보호층115：식각 방지층
120：제1 희생층125：제1 에어 갭
130：멤브레인135：하부전극
140：변형층145：상부전극
150：비어 홀155：비어 컨택
160：액츄에이터165：제2 희생층
170：제2 에어 갭175：거울
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,
M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인이 형성된 액티브 매트릭스의 상부에 제1 희생층을 형성하는 단계;
상기 제1 희생층의 일부를 식각한 후, 상기 액티브 매트릭스 및 상기 제1 희생층의 상부에 멤브레인, 하부전극, 변형층 및 상부전극을 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계;
상기 액츄에이터의 일측에 상기 액티브 매트릭스에 인가되는 화상 신호 전압을 상기 액츄에이터로 전달하기 위한 비어 컨택을 형성하는 단계;
상기 제1 희생층을 제거하여 제1 에어 갭을 형성하는 단계;
상기 제1 에어 갭이 형성된 결과물 전면에 제2 희생층을 형성하는 단계;
상기 제2 희생층의 상부에 거울을 형성하는 단계; 그리고
상기 제2 희생층을 제거하여 제2 에어 갭을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 신호 전극인 하부전극에는 화상 신호 전압이 인가되며, 공통 전극인 상부전극에는 바이어스 전압이 인가되어 상부전극과 하부전극 사이에 전계가 발생하게 된다. 이 전계에 의하여 상부전극과 하부전극 사이에 적층된 변형층이 변형을 일으키게 되며, 상기 변형층은 전계와 수직한 방향으로 수축하게 된다. 이에 따라, 액츄에이터가 소정의 각도로 경사지게 되며, 액츄에이터의 상부전극 상에 장착된 거울은 소정의 각도로 경사진 상부전극에 의해 그 축이 움직여서 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사한다. 거울에 의하여 반사된 광속은 슬릿을 통하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 및 그 구조에 의하면, 제1 에어 갭을 갖는 액츄에이터의 상부전극 상에 상기 제1 에어 갭을 완전히 채우면서 평평한 표면을 갖도록 제2 희생층을 형성한 후, 그 위에 거울을 장착시킨다. 따라서, 액츄에이터가 변형되어 그 상부전극이 휘어지더라도, 상부전극 상에 장착된 거울의 축만 움직이고 거울의 면 자체는 휘어지지 않기 때문에 반사각이 일정하게 된다. 더욱이, 거울이 형성될 표면을 유동성이 좋은 제2 희생층으로 평평하게 만든 후 그 위에 거울을 장착하기 때문에, 액츄에이터들의 초기 휘어짐이나 비균일성에 관계없이 평평한 거울을 형성할 수 있어 광원으로부터 입사되는 광속의 반사각을 일정하게 하여 광효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조로 하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 단면도를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 의한 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(100) 및 액츄에이터(160)를 포함한다. 내부에 M×N(M, N은 정수)개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터가 내장되고 일측 표면에 드레인(105)이 형성된 상기 액티브 매트릭스(100)는, 상기 액티브 매트릭스(100) 및 드레인(105)의 상부에 적층된 보호층(110)과 보호층(110)의 상부에 적층된 식각 방지층(115)을 포함한다.
상기 액츄에이터(160)는 상기 식각 방지층(115) 중 아래에 드레인(105)이 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 제1 에어 갭(125)을 개재하여 상기 식각 방지층(115)과 평행하도록 적층된 멤브레인(130), 멤브레인(130)의 상부에 적층된 하부전극(135), 하부전극(135)의 상부에 적층된 변형층(140), 변형층(140)의 일측 상부에 적층된 상부전극(145), 변형층(140)의 타측으로부터 하부전극(135), 멤브레인(130), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 통하여 상기 드레인(105)까지 수직하게 형성된 비어 홀(150), 그리고 비어 홀(150) 내에 상기 하부전극(135)과 드레인(105)이 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(155)을 포함한다.
또한, 상기 상부전극(145)의 일측 상단에 접촉되는 지지부를 갖고 제2 에어 갭(170)을 개재하여 상부전극(145)과 수평하게‘ㄱ’자 형상의 거울(175)이 형성된다.
이하 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 도 7a 내지 도 7f는 도 6에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 7a를 참조하면, M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인(105)이 형성된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 인 실리케이트 유리(PSG)로 구성된 보호층(passivation layer)(110)을 적층한다. 보호층(110)은 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(110)은 후속하는 공정으로부터 액티브 매트릭스(100)를 보호한다.
상기 보호층(110)의 상부에는 질화물로 구성된 식각 방지층(115)이 적층된다. 식각 방지층(115)은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD：LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(115)은 후속하는 식각 공정 동안 보호층(110) 및 액티브 매트릭스(100) 등이 식각되는 것을 방지한다. 식각 방지층(115)의 상부에는 제1 희생층(120)이 적층된다. 제1 희생층(120)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD：APCVD) 방법을 이용하여 1．0∼4．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 제1 희생층(120)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 제1 희생층(120)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 제1 희생층(120) 중 아래에 드레인(105)이 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(115)의 일부를 노출시킴으로서 액츄에이터(160)의 지지부가 형성될 위치를 만든다.
도 7b를 참조하면, 멤브레인(130)은 상기 노출된 식각 방지층(115)의 상부 및 제1 희생층(120)의 상부에 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 적층된다. 상기 멤브레인(130)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 형성된다. 이 때, 저압의 반응 용기 내에서 반응 가스의 비(ratio)를 변화시키면서 상기 멤브레인(130)을 형성하여 멤브레인(130) 내의 응력(stress)을 조절한다. 상기 멤브레인(130)의 상부에는 백금, 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 금속으로 구성된 하부전극(135)이 적층된다. 하부전극(135)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 신호 전극인 하부전극(135)에는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 화상 신호가 상기 드레인(105) 및 비어 컨택(155)을 통하여 인가된다.
상기 하부전극(135)의 상부에는 PZT, 또는 PLZT로 구성된 변형층(140)이 적층된다. 변형층(140)은 졸-겔법을 이용하여 0．1∼ 1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한 후, 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 변형층(140)은 공통 전극인 상부전극(145)과 신호 전극인 하부전극(135) 사이에 발생하는 전계에 의하여 변형을 일으킨다. 상부전극(145)은 변형층(140)의 일측 상부에 적층된다. 상부전극(145)은 알루미늄, 또는 백금 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 공통 전극인 상부전극(145)에는 바이어스 전압이 인가되어 하부전극(135)과 상부전극(145) 사이에 전계가 발생하게 된다.
도 7c를 참조하면, 상기 상부전극(145)을 소정의 형상으로 패터닝한 후, 변형층(140)의 타측 상부로부터 드레인(105)의 상부까지 변형층(140), 하부전극(135), 멤브레인(130), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 순차적으로 식각하여 상기 변형층(140)으로부터 드레인(105)까지 수직하게 비어 홀(150)을 형성한다. 이어서, 텅스텐, 백금, 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인(105)과 하부전극(135)이 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(155)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택(155)은 상기 비어 홀(150) 내에서 상기 하부전극(135)으로부터 드레인(105)의 상부까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 화상 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인(105) 및 비어 컨택(155)을 통하여 하부전극(110)에 인가된다. 이어서, 백금-탄탈륨(Pt-Ta)을 스퍼터링 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(100)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(도시하지 않음)을 형성한다. 액티브 매트릭스(100) 상부에 포토 레지스트(도시하지 않음)를 코팅한 후, 후속하는 공통 전극인 상부전극(145)에 바이어스 전압을 인가하는 동시에 신호 전극인 하부전극(135)에 화상 신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package) 본딩을 대비하여 액티브 매트릭스(100)를 자른다. 이 때, 후속되는 공정을 위하여 액티브 매트릭스(100)를 소정의 정도의 두께까지만 잘라 낸다. 계속하여, TCP 본딩에 요구되는 AMA 패널(panel)의 패드(도시하지 않음)를 노출시키기 위해 AMA 패널의 패드 부위를 건식 식각 방법을 이용하여 식각한다. 계속해서, 상기 변형층(140), 하부전극(135), 멤브레인(130)을 차례로 패터닝한 후, 제1 희생층(120)을 불산(HF) 증기로 식각하여 제1 에어 갭(125)을 형성함으로서 액츄에이터(160)를 완성한다.
도 7d를 참조하면, 전술한 바와 같이 제1 에어 갭(125)을 형성한 후, 결과물 전면에 제2 희생층(165)을 형성한다. 상기 제2 희생층(165)은 거울(175)의 장착을 용이하게 하고 거울(175)의 수평도를 향상시키는 기능을 수행하며, 거울(175)이 장착된 후에 제거된다. 바람직하게는, 상기 제2 희생층(165)은 유동성이 좋은 폴리머 등으로 구성된 포토 레지스트를 스핀 코팅 방식으로 형성하며, 상기 제1 에어 갭(125)을 완전히 채우면서 상부전극(145)을 기준으로 일정한 두께를 갖도록 도포한다. 이와 같이 액츄에이터(160)가 형성된 결과물 전면에 제2 희생층(165)을 도포하게 되면, 제1 에어 갭(125)에 상기 제2 희생층(165)이 채워지면서 평평한 표면을 형성하게 된다.
도 7e를 참조하면, 상기와 같이 제2 희생층(165)을 형성한 후, 포토 레지스트 (도시되지 않음)를 마스크로 이용하여 상기 제2 희생층(165)을 패터닝함으로서 상기 상부전극(145)의 일측 상부에 거울(175)이 형성될 지지부를 만든다. 따라서, 상부전극(145)의 일측 상부가 노출된다. 계속하여, 지지부가 형성된 제2 희생층(40) 및 노출된 상부전극(145)의 상부에 스퍼터링 공정을 이용하여 반사도가 좋은 알루미늄(Al)이나 은(Ag)을 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께로 증착시켜 거울(175)을 형성한다. 바람직하게는, 상기 거울(175)은‘ㄱ’자 형상을 가지며, 일측의 지지부가 상기 상부전극(145)에 접촉되며, 타측이 상부전극(145)에 평행하게 장착된다.
도 7f를 참조하면, 상기와 같이 거울(175)을 형성한 후, 화소(pixel) 간의 분리를 위하여 상기 제2 희생층(165)을 산소 플라즈마(O2plasma)로 제거하고, 헹굼 및 건조 처리를 수행한다. 그 결과, 거울(175)과 상부전극(145) 사이에 제2 에어 갭(170)이 형성됨으로써, 상부에 거울(175)이 장착된 완전한 액츄에이터(160)가 완성된다.
상기와 같이 박막형 AMA 소자가 형성된 액티브 매트릭스(100)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP를 연결하여 박막형 AMA 모듈의 제조를 완성한다.
본 발명에 따른 광로 조절 장치에 있어서, 신호 전극인 상기 하부전극(135)에는 화상 신호 전압이 인가되며, 공통 전극인 상기 상부전극(145)에는 바이어스 전압이 인가되어, 상부전극(145)과 하부전극(135) 사이에 전계가 발생하게 된다. 이 전계에 의하여 상부전극(145)과 하부전극(135) 사이의 변형층(140)이 변형을 일으키게 되며, 상기 변형층(140)은 전계와 수직한 방향으로 수축하게 된다. 이에 따라, 변형층(140)을 포함하는 액츄에이터(160)가 소정의 각도로 휘어지고, 액츄에이터(160)의 상부전극(145)의 상부에 장착된 거울(175)은 휘어진 상부전극(145)에 의해 그 축이 움직여서 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사한다. 상기 거울(175)에 의하여 반사된 광속은 슬릿을 통하여 스크린에 투영됨으로서 화상을 맺게 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, 제1 에어 갭을 갖는 액츄에이터의 상부전극 상에 상기 제1 에어 갭을 완전히 채우면서 평평한 표면을 갖도록 제2 희생층을 형성한 후, 그 위에 거울을 장착시킨다. 따라서, 액츄에이터가 변형되어 그 상부전극이 휘어지더라도, 상부전극 상부에 장착된 거울의 축만 움직이고 거울의 면 자체는 휘어지지 않기 때문에 반사각이 일정하게 된다. 더욱이, 거울이 형성될 표면을 유동성이 좋은 제2 희생층으로 평평하게 만든 후 그 위에 거울을 장착하기 때문에, 액츄에이터들의 초기 휘어짐이나 비균일성에 관계없이 평평한 거울을 형성할 수 있어 광원으로부터 입사되는 광속의 반사각을 일정하게 함으로서 광효율을 향상시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인이 형성된 액티브 매트릭스의 상부에 제1 희생층을 형성하는 단계;
    상기 제1 희생층의 일부를 식각한 후, 상기 액티브 매트릭스 및 상기 제1 희생층의 상부에 멤브레인, 하부전극, 변형층 및 상부전극을 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계;
    상기 액츄에이터의 일측에 상기 액티브 매트릭스에 인가되는 화상 신호 전압을 상기 액츄에이터로 전달하기 위한 비어 컨택을 형성하는 단계;
    상기 제1 희생층을 제거하여 제1 에어 갭을 형성하는 단계;
    상기 제1 에어 갭이 형성된 결과물 전면에 제2 희생층을 형성하는 단계;
    상기 제2 희생층의 상부에 거울을 형성하는 단계; 그리고
    상기 제2 희생층을 제거하여 제2 에어 갭을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 희생층을 형성하는 단계는, ⅰ) 상기 액티브 매트릭스 및 상기 드레인의 상부에 보호층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 보호층의 상부에 식각 방지층을 형성하는 단계 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터를 형성하는 단계는, ⅰ) 상기 제1 희생층의 상부에 상기 액츄에이터에 안정성을 제공하는 상기 멤브레인을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 멤브레인의 상부에 신호 전극으로서 기능하는 상기 하부전극을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 하부전극의 상부에 변형 가능한 상기 변형층을 형성하는 단계 및 ⅳ) 상기 변형층의 상부에 상기 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 멤브레인을 형성하는 단계는 저압 화학 기상 증착 공정을 이용하여 상기 제1 희생층의 상부에 질화물을 적층시켜 수행되고, 상기 하부전극을 형성하는 단계는 스퍼터링 공정을 이용하여 상기 멤브레인의 상부에 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta)을 적층시켜 수행되며, 상기 변형층을 형성하는 단계는 졸-겔(sol-gel)법을 이용하여 상기 하부전극의 상부에 압전 물질을 증착시킨 후 열처리하여 수행되며, 상기 상부전극을 형성하는 단계는 스퍼터링 공정을 이용하여 알루미늄(Al), 또는 은(Ag)을 증착시켜 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제2 희생층은 상기 제1 에어 갭을 완전히 채우면서 상기 상부전극을 기준으로 일정한 두께를 갖도록 평평하게 형성하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 희생층은 유동성을 갖는 폴리머로 구성된 포토레지스트를 도포시켜 형성하며, 상기 제2 희생층을 제거하여 제2 에어 갭을 형성하는 단계는 산소 플라즈마 방법을 이용하여 상기 제2 희생층을 제거하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 거울을 형성하는 단계는, 상기 제2 희생층을 패터닝하여 상기 거울의 지지부를 형성하는 단계 및 상기 지지부가 형성된 제2 희생층 상에 스퍼터링 공정을 이용하여 은 또는 알루미늄을 증착시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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