KR19990004769A - 액츄에이터의 초기 기울어짐을 장지할 수 있는 박막형 광로 - Google Patents

Abstract

액츄에이터의 초기 기울어짐을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개시되어 있다. 상기 장치는, ⅰ) M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드를 갖는 제1 금속층이 형성된 액티브 매트릭스, ⅱ) 액티브 매트릭스의 상부에 형성되며 하부 전극, 변형층 및 상부 전극을 포함하는 액츄에이터, 그리고 ⅲ) 상기 하부 전극의 하부에 부착되어 상기 액츄에이터를 지지하는 지지층, 상기 액티브 매트릭스 중 상기 드레인 패드가 형성된 부분과 상기 지지층의 일측 하부 사이에 형성되어 상기 액츄에이터를 지지하는 지지 부재, 및 상기 지지층의 타측 하부와 상기 액티브 매트릭스 사이에 형성되어 상기 액츄에이터의 초기 기울어짐을 방지하는 보조 지지 수단으로 구성되는 지지 요소를 포함한다. 본 발명에 의하면, 액티브 매트릭스와 지지층 사이에 선단이 첨예한 형상의 단면을 갖는 보조 지지 부재를 형성함으로써, 단차 경계면에 변형 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 액츄에이터의 초기 기울어짐을 최소화하고 균일하게 할 수 있으며, 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

Description

액츄에이터의 초기 기울어짐을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치

본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Array)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액티브 매트릭스와 지지층 사이에 선단이 첨예한 형상의 단면을 갖는 보조 지지 부재를 형성함으로써, 액츄에이터의 초기 기울어짐을 균일하게 하여 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트를 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, 및 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 상기 광로 조절 장치 또는 공간적 광 변조기를 이용한 화상 처리 장치는 통상적으로 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), 디포머블 미러 어레이(Deformable Mirror Device; DMD) 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 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 전기장의 크기에 따라서 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 형성할 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 제 5,085,497호에 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 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치함으로써 이루어진다. 그러나, 벌크형 광로 조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되며, 변형부의 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 평면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에 도시한 장치를 A-A′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(1)와 액티브 매트릭스(1)의 상부에 형성된 액츄에이터(50)를 포함한다.

상기 액티브 매트릭스(1)는, 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있으며, 그 일측 상부에는 드레인 패드(5)가 형성되어 있다. 또한, 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, 일측이 아래에 드레인 패드(5)가 형성되어 있는 상기 식각 방지층(15)에 접촉되며 타측이 에어 갭(25)을 개재하여 액티브 매트릭스(1)와 평행하게 형성된 단면을 갖는 멤브레인(30), 멤브레인(30)의 상부에 형성된 하부 전극(35), 하부 전극(35)의 상부에 형성된 변형층(40), 일측에 스트라이프(45)를 갖고 상기 변형층(40)의 상부에 적층된 상부 전극(45), 그리고 상기 변형층(40)의 일측으로부터 상기 드레인 패드(5)의 상부까지 수직하게 형성된 비어 홀(60)의 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 3a 내지 도 3e는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다.

도 3a를 참조하면, 먼저 M×N 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고, 일측 상부에 드레인 패드(5)가 형성된 액티브 매트릭스(1)의 상부에 보호층(10)을 적층한다. 보호층(10)은 인 실리케이트 유리(Phosphor-Silicate Glass : PSG)를 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 방법을 사용하여 형성한다. 보호층(10)은 후속하는 공정 동안 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)가 손상을 입게 되는 것을 방지한다.

상기 보호층(10)의 상부에는 식각 방지층(15)이 형성된다. 식각 방지층(15)은 질화물(nitride)을 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD : LPCVD) 방법을 이용하여 형성한다. 식각 방지층(15)은 후속하는 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) 방법을 이용하여 형성한다. 이어서, 액츄에이터(50)의 지지부가 형성될 위치를 고려하여 상기 희생층(20) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(15)의 일부를 노출시킨다.

도 3b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(15)의 상부 및 상기 희생층(20)의 상부에는 멤브레인(30)이 형성된다. 멤브레인(30)은 질화물을 스퍼터링 방법을 이용하여 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 적층한다. 하부 전극(35)에는 외부로부터 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(65)을 통하여 제1 신호(화상 신호)가 인가된다.

도 3c를 참조하면, 상기 하부 전극(35)의 상부에는 변형층(40)이 형성된다. 변형층(40)은 ZnO를 스퍼터링 방법을 이용하여 형성한다. 이어서, 상기 변형층(40)의 상부에 상부 전극(45)을 형성한다. 상기 상부 전극(45)은 알루미늄(Al) 또는 은(Ag)을 스퍼터링 방법을 이용하여 형성한다. 상부 전극(45)은 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되어 전기장을 발생시키는 바이어스 전극의 기능과 광원으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울의 기능을 수행한다.

계속하여, 상부 전극(45)을 소정의 화소(pixel) 형상을 갖도록 패터닝한다. 이 때, 상부 전극(45)의 일측에는 상부 전극(45)을 균일하게 동작시켜 광원으로부터 입사되는 광이 난반사되는 것을 방지하는 스트라이프(55)가 형성된다. 그리고, 상기 변형층(40) 및 하부 전극(35)을 각기 소정의 화소 형상을 갖도록 패터닝한다.

도 3d를 참조하면, 상기 변형층(40)의 일측 상부로부터 변형층(40), 하부 전극(35), 멤브레인(30), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 차례로 식각하여 드레인 패드(5)의 일부가 노출되도록 비어 홀(60)을 형성한다. 이어서, 비어 홀(60) 내부에 텅스텐(W) 또는 티타늄(Ti) 등의 금속을 스퍼터링 방법으로 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 연결되므로, 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 형상을 갖도록 패터닝한 후, 49％ 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.

상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 전달된 제1 신호는 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. 이러한 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 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. 이 때, 상부 전극(45)의 일측에 형성된 스트라이프(55)는 상부 전극(45)을 균일하게 작동시켜 광이 난반사되는 것을 방지한다.

그러나 상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 도 2에 도시한 바와 같이, 액츄에이터(50)의 지지부를 형성하기 위하여 희생층(20)을 패터닝할 때, 액츄에이터(50)의 지지부와 나머지 부분 사이의 'B' 부분에 단차가 발생하며, 이러한 단차 경계면을 따라 후속하는 액츄에이터(50)를 구성하는 박막들을 적층하는 동안 상기 'B' 부분에 변형 응력이 집중되어 액츄에이터(50)가 제1 신호가 인가되지 않은 상태에서도 상방으로 불균일하게 기울어지는 문제가 있었다. 액츄에이터의 초기 기울어짐이 발생하면, 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트가 저하되므로 액츄에이터의 초기 기울어짐의 균일성이 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 액츄에이터의 지지부와 그 이외 부분의 단차 경계면에 집중되는 변형 응력을 감소시키기 위하여 액티브 매트릭스와 지지층 사이에 선단이 첨예한 형상의 단면을 갖는 보조 지지 부재를 형성함으로써, 액츄에이터의 초기 기울어짐을 균일하게 하여 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치 중 멤브레인의 평면도이다.

도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도이다.

도 3a 내지 도 3c는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.

도 5는 도 4에 도시한 장치를 C­C′선으로 자른 단면도이다.

도 6 내지 도 6e는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

도 7a 내지 도 7c는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정 중 희생층을 패터닝한 또다른 양태를 나타내는 평면도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

100：액티브 매트릭스105：제1 금속층

110 : 제1 보호층115 : 제2 금속층

120：제2 보호층125：식각 방지층

130：희생층131：지지 부재

135 : 보조 지지 부재140 : 지지층

141 : 지지 요소145 : 하부 전극

150：변형층155：상부 전극

160：비어 홀165 : 비어 컨택

170 : 액츄에이터185：에어 갭

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 외부로부터 제1 신호를 받아 상기 제1 신호를 전달하는 M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드를 갖는 제1 금속층이 형성된 액티브 매트릭스, ⅰ) 상기 제1 신호가 인가되는 하부 전극, ⅱ) 상기 하부 전극에 대응하여 형성되며 제2 신호가 인가되어 전기장을 발생시키는 상부 전극, 및 ⅲ) 상기 하부 전극과 상기 상부 전극의 사이에 형성되어 상기 전기장에 따라 변형을 일으키는 변형층을 포함하는 액츄에이터, 그리고 a) 상기 하부 전극의 하부에 부착되어 상기 액츄에이터를 지지하는 지지층, b) 상기 액티브 매트릭스 중 상기 드레인 패드가 형성된 부분과 상기 지지층의 일측 하부 사이에 형성되어 상기 액츄에이터를 지지하는 지지 부재, 및 c) 상기 지지층의 타측 하부와 상기 액티브 매트릭스 사이에 상기 지지 부재와 분리되어 형성되어 상기 액츄에이터의 초기 기울어짐을 방지하는 보조 지지 수단을 포함하는 지지 요소를 포함하며, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호에 따라 구동하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다.

상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 전달된 제1 신호, 즉 화상 신호는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택을 통해 하부 전극에 인가된다. 동시에, 상부 전극에는 외부로부터 공통 전극선을 통하여 제2 신호, 즉 바이어스 신호가 인가된다. 따라서, 상부 전극과 하부 전극 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생한다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성된 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하게 되며, 변형층을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도를 갖고 상방으로 액츄에이팅한다. 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하는 기능도 수행하는 상부 전극은 액츄에이터의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터와 함께 경사진다. 이에 따라서, 상부 전극은 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 빛은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.

그러므로, 상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는, 액티브 매트릭스와 지지층 사이에 선단이 첨예한 형상의 단면을 갖는 보조 지지 부재를 형성함으로써, 단차 경계면에 변형 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 액츄에이터의 초기 기울어짐을 최소화하고 균일하게 할 수 있으며, 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치를 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 5는 상기 장치를 C­C′선으로 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 액츄에이터(170), 그리고 액티브 매트릭스(100)와 액츄에이터(170) 사이에 형성되어 액츄에이터를 지지하는 지지 요소(supporting element)(141)를 포함한다.

도 5를 참조하면, 외부로부터 신호가 인가되어 스위칭 동작을 수행하는 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장된 상기 액티브 매트릭스(100)는, 상기 MOS 트랜지스터의 드레인(drain) 및 소오스(source)로부터 연장되어 상기 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 제1 금속층(105), 제1 금속층(105)의 상부에 형성된 제1 보호층(110), 제1 보호층(110)의 상부에 형성된 제2 금속층(115), 제2 금속층(115)의 상부에 형성된 제2 보호층(120), 그리고 제2 보호층(120)의 상부에 형성된 식각 방지층(125)을 포함한다. 상기 제1 금속층(105)은 상기 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 연장되며 제1 신호(화상 신호)를 하부 전극(145)에 전달하기 위한 드레인 패드를 포함한다.

액츄에이터(170)는, 액티브 매트릭스의 상부와 그 하부 사이에 에어 갭(185)을 개재하여 상기 액티브 매트릭스(100)의 하부와 평행하게 형성된 하부 전극(145), 하부 전극(145)의 상부에 적층된 변형층(150), 변형층(150)의 상부에 적층된 상부 전극(155)을 포함한다. 또한, 상기 액츄에이터(170)는 상기 변형층(150)의 일측으로부터 제1 금속층(105)의 드레인 패드까지 수직하게 형성된 비어 홀(160), 및 비어 홀(160)의 내부에 형성된 비어 컨택(165)을 포함한다. 하부 전극(145)은 비어 컨택(165)을 통하여 제1 금속층(105)의 드레인 패드와 전기적으로 연결된다.

지지 요소(141)는 상기 하부 전극(145)의 하부에 부착된 지지층(supporting layer)(140), 상기 식각 방지층(125) 중 아래에 제1 금속층(105)의 드레인 패드가 형성된 부분과 상기 지지층(140)의 일측 하부 사이에 형성되어 상기 액츄에이터(170)를 지지하는 지지 부재(supporting member)(131), 및 상기 지지층(140)의 타측 하부와 상기 액티브 매트릭스(100) 사이에 상기 지지 부재(131)와 분리되어 형성되어 상기 액츄에이터(170)의 초기 기울어짐을 방지하는 보조 지지 부재(secondary supporting member)(135)를 포함한다. 바람직하게는, 상기 보조 지지 부재(135)는 삼각형, 마름모, 오각형, 또는 물방울 형상의 단면을 갖는다.

또한, 도 4를 참조하면, 상기 지지층(140)의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 또한, 상기 지지층(140)의 타측은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 지지층(140)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 지지층의 돌출된 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분에 끼워지게 된다. 상기 지지층(140)의 양측 하부에는 사각형 형상을 갖는 액츄에이터(170)의 지지 부재(131)가 형성된다. 상기 지지층(140)은 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치 중 액츄에이터를 지지하는 멤브레인의 기능을 수행한다.

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

도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도이다. 도 6a 내지 도 6e에 있어서, 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.

도 6a를 참조하면, 내부에 M×N 개의 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 제1 금속층(105)을 형성한 후, 상기 제1 금속층(105)을 패터닝하여 그 아래의 MOS 트랜지스터의 게이트 부위를 노출시킨다. 따라서, 상기 제1 금속층(105)은 MOS 트랜지스터의 드레인 및 소오스와 연결된다. 상기 액티브 매트릭스(100)는 실리콘(Si) 등의 반도체로 이루어지거나 유리 또는 알루미나(Al₂O₃) 등의 절연 물질로 구성된다. 상기 제1 금속층(105)은 텅스텐, 티타늄, 그리고 질화 티타늄 등으로 구성되며, 상기 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 후에 형성되는 액츄에이터(170)의 지지부(131)까지 연장되는 드레인 패드를 포함한다. 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 MOS 트랜지스터 및 상기 제1 금속층(105)의 드레인 패드를 통하여 하부 전극(145)에 전달된다.

액티브 매트릭스(100) 및 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층(105)의 상부에는 인 실리케이트 유리(Phosphor-Silicate Glass : PSG)를 사용하여 제1 보호층(110)이 형성된다. 제1 보호층(110)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition：CVD) 방법을 이용하여 0. 8∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제1 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 상기 트랜지스터 및 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스(100)가 손상되는 것을 방지한다.

제1 보호층(110)의 상부에는 제2 금속층(115)이 형성된다. 제2 금속층(115)은, 먼저 티타늄을 스퍼터링하여 300∼500Å 정도의 두께를 갖는 티타늄층을 형성한다. 계속하여, 상기 티타늄층의 상부에 질화티타늄(TiN)을 사용하여 질화티타늄층을 형성함으로써 완성한다. 상기 질화티타늄층은 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition : PVD) 방법을 사용하여 1000∼1200Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제2 금속층(115)은 광원으로부터 입사되는 광이 상부 전극(155)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(100)에 광누설 전류(photo-leakage current)가 흐르게 되는 것을 방지한다. 이어서, 상기 제2 금속층(115)의 일부를 식각하여 제2 금속층(115) 중 아래에 드레인 패드가 형성된 부분에 개구부(opening)(117)를 형성한다.

제2 금속층(115)의 상부에는 인 실리케이트 유리(PSG)를 사용하여 제2 보호층(120)이 형성된다. 제2 보호층(120)은 화학 기상 증착 방법을 사용하여 0. 2∼0. 4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제2 보호층(120)은 후속하는 공정 동안 상기 트랜지스터 및 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스(100)가 손상되는 것을 방지한다.

제2 보호층(120)의 상부에는 식각 방지층(125)이 적층된다. 식각 방지층(125)은 질화물을 사용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(125)은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD：LPCVD) 방법을 이용하여 형성한다. 식각 방지층(125)은 후속하는 식각 공정 동안 제2 보호층(120) 및 액티브 매트릭스(100)가 식각되어 손상을 입게 되는 것을 방지한다.

식각 방지층(125)의 상부에는 인 실리케이트 유리(PSG), 금속, 또는 산화물을 사용하여 희생층(130)이 적층된다. 희생층(130)은 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD：APCVD) 방법, 스퍼터링 방법, 또는 이베퍼레이션 방법을 이용하여 2．0∼3．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 희생층(130)은 액츄에이터(170)를 형성하기 위한 박막들의 적층을 용이하게 하는 기능을 수행한다. 이 경우, 희생층(130)은 상기 트랜지스터 및 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(130)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Glass : SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다.

도 6b는 액츄에이터의 지지 부재(131) 및 보조 지지 부재(135)가 형성될 위치를 형성하기 위하여 상기 희생층(130)을 패터닝한 상태를 나타내는 단면도이다. 도 6b를 참조하면, 상기 희생층(130) 중 아래에 제1 금속층(105)의 드레인 패드가 형성된 부분을 사각형 형상으로 패터닝하여 상기 식각 방지층(125)의 일부를 노출시킴으로써 액츄에이터(170)의 지지 부재(131)가 형성될 부분을 만든다. 이와 동시에, 상기 지지 부재(131)로부터 소정 거리 떨어진 부분을 패터닝하여 상기 식각 방지층(125)의 일부를 노출시킨다. 상기 지지 부재(131)가 형성될 부분의 단면적은 상기 보조 지지 부재(135)가 형성될 부분의 단면적보다 더 크게 형성된다. 바람직하게는, 상기 희생층(130) 중 보조 지지 부재(131)가 형성될 부분은 삼각형 형상의 단면을 갖도록 패터닝한다.

종래에는, 액츄에이터의 지지부를 형성하기 위하여 희생층의 일부를 식각할 때, 액츄에이터의 지지부와 나머지 부분 사이에 단차가 발생하며, 이러한 단차 경계면을 따라 후속하는 액츄에이터를 구성하는 박막들을 적층하는 동안 상기 단차 경계면에 변형 응력이 집중되어 액츄에이터가 신호가 인가되지 않은 상태에서도 상방으로 불균일하게 기울어지는 문제가 있었다. 더욱이, 상기 변형 응력은 액츄에이터의 길이 방향에 대하여 직교하는 방향인 상기 단차 경계면의 길이에 비례하기 때문에 단차 경계면의 길이가 길수록 단차 경계면에 집중되는 변형 응력 또한 증가한다. 이에 비하여, 본 발명에서는 상기 액츄에이터의 지지부(131)로부터 소정 거리 떨어진 부분에 보조 지지 부재(135)를 형성함으로써 상술한 문제들을 해결하였다. 즉, 선단부가 첨예한 형상의 단면, 예를 들면 삼각형 형상의 단면을 갖는 보조 지지 부재(135)를 형성하면, 변형 응력은 상기 보조 지지 부재(135)의 폭에 비례하는 정도로 발생하게 되므로 액츄에이터(170)의 초기 기울어짐 정도가 종래의 박막형 광로 조절 장치에 비하여 현저하게 감소된다.

도 6c를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(125)의 상부 및 희생층(130)의 상부에 경질(rigid)의 물질, 예를 들면 질화물 또는 금속을 사용하여 제1층(139)을 적층한다. 제1층(139)은 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 때, 상기 경질의 물질은 액츄에이터(170)의 지지 부재(131) 및 보조 지지 부재(135)를 형성하기 위하여 패터닝한 희생층(130)의 내부를 채우면서 증착된다. 따라서, 액츄에이터(170)의 지지 부재(131) 및 보조 지지 부재(135)는 제1층(139)이 형성됨과 동시에 제1층(139)과 동일한 물질을 사용하여 형성된다. 제1층(139)은 후에 소정의 화소 형상을 갖는 지지층(140)으로 패터닝된다.

제1층(139)의 상부에는 하부 전극층(144)이 적층된다. 하부 전극층(144)은 전기 전도성을 갖는 금속인 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등을 사용하여 형성한다. 하부 전극층(144)은 스퍼터링(sputtering) 방법, 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 계속하여, 각각의 화소별로 독립적인 제1 신호를 인가하기 위하여 하부 전극층(144)을 Iso-Cutting한다. 하부 전극층(144)은 후에 하부 전극(145)으로 패터닝된다.

하부 전극층(144)의 상부에는 제2층(149)이 적층된다. 제2층(149)은 ZnO, PZT, 또는 PLZT 등의 압전 물질을 사용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 또한, 제2층(149)은 PMN 등의 전왜 물질을 사용하여 형성할 수 있다. 제2층(149)은 졸-겔(Sol-gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 형성한 후, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing：RTA) 방법을 이용하여 열처리하여 상변이시킨다. 상기 제2층(149)은 1. 0㎛ 이하의 두께를 가지므로 별도의 분극(poling) 공정이 필요 없게 된다. 상기에서, 제2층(149)을 ZnO를 사용하여 형성할 경우, 제2층(149)을 300℃∼600℃의 저온에서 형성할 수 있다. 따라서, 액티브 매트릭스(100)가 열손상을 입는 것을 방지할 수 있다. 또한, ZnO를 사용하여 제2층(149)을 형성하면, 인가되는 전기장에 의하여 분극되기 때문에 별도의 분극 공정이 필요 없게 된다. 제2층(149)은 후에 변형층(150)으로 패터닝된다.

상부 전극층(154)은 제2층(149)의 상부에 형성된다. 상부 전극층(154)은 알루미늄(Al), 백금, 또는 은(Ag) 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 사용하여 형성한다. 상부 전극층(154)은 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.

도 6d를 참조하면, 상기 상부 전극층(154)의 상부에 포토 레지스트(도시되지 않음)를 코팅한 후, 상기 포토 레지스트를 식각 마스크로 이용하여 상부 전극층(154)을 패터닝하여 상부 전극(155)을 형성한다. 이어서, 상기 포토 레지스트를 제거한다. 상기 상부 전극(155)에는 공통 전극선(common line)(도시되지 않음)으로부터 제2 신호가 인가된다. 상기 제2 신호는 바이어스 신호이다.

제2층(149) 및 하부 전극층(144)도 상부 전극층(154)을 패터닝하는 방법과 동일한 방법을 사용하여 패터닝된다. 제2층(149)은 변형층(150)으로 패터닝되며, 하부 전극층(144)은 하부 전극(145)으로 패터닝된다. 변형층(150)은 상부 전극(155)과 동일한 형상을 가지며 상부 전극(155)보다 약간 넓은 면적을 가진다. 또한, 하부 전극(145) 역시 상부 전극(155)과 동일한 형상을 가지며 변형층(150)보다 약간 넓은 면적을 가진다.

이어서, 상기 변형층(150)의 일측, 하부 전극(145), 제1층(139), 식각 방지층(125), 제2 보호층(120) 및 제1 보호층(110)을 차례로 식각하여 비어 홀(160)을 형성한다. 따라서, 비어 홀(160)은 상기 변형층(150)의 일측으로부터 상기 제2 금속층(115)의 개구부(117)를 통하여 제1 금속층(105)의 드레인 패드의 상부까지 형성된다. 이어서, 상기 비어 홀(160)의 내부에 텅스텐(W), 알루미늄, 또는 티타늄(Ti) 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 증착시켜 비어 컨택(165)을 형성한 후 패터닝한다. 비어 컨택(165)은 상기 드레인 패드와 하부 전극(145)을 전기적으로 연결한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 트랜지스터, 제1 금속층(105)의 드레인 패드 및 비어 컨택(165)을 통하여 하부 전극(145)에 인가된다. 이어서, 상기 제1층(139)을 패터닝하여 소정의 화소 형상을 갖는 지지층(140)을 형성한다. 이 때, 상기 지지층(140)은 하부 전극(145)보다 약간 넓은 면적을 갖는다.

하부 전극(145)에는 액티브 매트릭스(100)에 형성된 상기 트랜지스터, 드레인 패드 및 후속 공정에서 형성되는 비어 컨택(165)을 통하여 제1 신호, 즉 화상 신호가 인가된다. 그러므로, 하부 전극(145)에 제1 신호가 인가되고, 동시에 상부 전극(155)에 제2 신호가 인가되면 상부 전극(155)과 하부 전극(145) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 변형층(150)이 변형을 일으킨다.

도 6e를 참조하면, 상기 희생층(130)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 제거한다. 희생층(130)이 제거되면, 에어 갭(185)이 희생층(130)의 위치에 형성되어 액츄에이터(170)가 완성된다.

본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 하부 전극(145)에는 트랜지스터, 제1 금속층(105)의 드레인 패드 및 비어 컨택(165)을 통하여 제1 신호, 즉 화상 신호가 인가된다. 동시에, 상부 전극(155)에는 공통 전극선을 통하여 제2 신호, 즉 바이어스 신호가 인가된다. 따라서, 상부 전극(155)과 하부 전극(145) 사이에 전기장이 발생한다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(155)과 하부 전극(145) 사이에 형성된 변형층(150)이 변형을 일으킨다. 변형층(150)은 발생된 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축한다. 이에 따라 변형층(150)을 포함하는 액츄에이터(170)는 소정의 각도를 갖고 상방으로 액츄에이팅한다. 광원으로부터 입사된 빛을 반사하는 기능도 수행하는 상부 전극(155)은 액츄에이터(200)와 함께 경사진다. 이에 따라서, 상부 전극(155)은 광원으로부터 입사되는 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.

본 발명에서는, 상기와 같은 삼각형 형상의 단면을 갖는 보조 지지 부재(135)를 형성하였지만 상기 보조 지지 부재(135)는 이에 의하여 제한되는 것이 아니라, 도 7a 내지 도 7c에 도시한 바와 같이 마름모, 오각형, 또는 물방울 형상의 단면을 가지도록 형성할 수 있다.

상술한 본 발명에 있어서, 액티브 매트릭스와 지지층 사이에 선단부가 첨예한 형상의 단면을 갖는 보조 지지 부재를 형성함으로써, 액츄에이터의 지지부와 나머지 부분 사이의 단차 경계면에 변형 응력이 집중되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 액츄에이터의 초기 기울어짐을 최소화하고 균일하게 할 수 있으며, 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.

더욱이, 보조 지지 부재는 희생층을 패터닝할 때 사용하던 마스크만을 수정하여 희생층을 패터닝할 때 지지 부재와 동시에 형성할 수 있으므로 제어가 어려운 공정상의 변화 없이 용이하게 형성할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예들에 의하여 상세하게 설명 및 도시하였지만, 본 발명은 이에 의하여 제한되는 것이 아니라 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적인 범위 내에서 이를 변형하는 것이나 개량하는 것이 가능하다.

Claims (4)

1. 외부로부터 제1 신호를 받아 상기 제1 신호를 전달하는 M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되는 드레인 패드를 갖는 제1 금속층(105)이 형성된 액티브 매트릭스(100);

   ⅰ) 상기 제1 신호가 인가되는 하부 전극(145), ⅱ) 상기 하부 전극에 대응하여 형성되며 제2 신호가 인가되어 전기장을 발생시키는 상부 전극(155), 및 ⅲ) 상기 하부 전극과 상기 상부 전극의 사이에 형성되어 상기 전기장에 따라 변형을 일으키는 변형층(150)을 포함하는 액츄에이터(170); 그리고

   a) 상기 하부 전극(145)의 하부에 부착되어 상기 액츄에이터(170)를 지지하는 지지층(supporting layer)(140), b) 상기 액티브 매트릭스(100) 중 상기 드레인 패드가 형성된 부분과 상기 지지층(140)의 일측 하부 사이에 형성되어 상기 액츄에이터(170)를 지지하는 지지 부재(supporting member)(131), 및 c) 상기 지지층(140)의 타측 하부와 상기 액티브 매트릭스(100) 사이에 상기 지지 부재(131)와 분리되어 형성되어 상기 액츄에이터(170)의 초기 기울어짐을 방지하는 보조 지지 수단(secondary supporting means)(135)을 포함하는 지지 요소(141)를 포함하며, 상기 제1 신호 및 상기 제2 신호에 따라 구동하는 박막형 광로 조절 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 지지층(140), 상기 지지 부재(131) 및 상기 보조 지지 수단(135)은 동일한 물질을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 보조 지지 수단(135)은 선단이 첨예한 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 보조 지지 수단(135)은 삼각형, 마름모, 오각형, 또는 물방울 형상의 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.