KR19990005304A - 박막형 광로 조절 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시안됨)가 매트릭스 형태로 내장되며 보호층 및 식각 방지층이 순차적으로 형성된 구동기판과, 식각 방지층과 일측이 접촉되며 타측이 에어갭을 개재하여 식각 방지층과 평행하도록 형성된 멤브레인과, 멤브레인의 상부에 형성되며 구동기판의 트랜지스터로부터 화상 신호를 제공받는 하부전극과, 하부전극의 상부에 형성되며 전계의 크기에 비례하여 변형을 일으키는 변형층과, 변형층의 상부에 형성되어 거울의 기능과 전극의 기능을 갖는 상부전극과, 상부전극과 변형층을 제거하여 각 부재의 전기적 특성을 측정할 수 있는 측정영역을 구비한다.

Description

박막형 광로 조절 장치
본 발명은 박막형 광로 조절 장치에 관한 것으로서, 특히 박막형 광로 조절 장치를 구성하는 각 부재의 전기적 특성을 용이하게 측정하고 안정된 대칭 구조를 갖는 박막형 광로 조절 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 광학 에너지(optical energy)를 스크린상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 모듈레이터(spatial light modulator)는 광통신, 화상 처리 및 정보 디스플레이 장치등에 다양하게 응용될 수 있다. 이러한 장치들은 광원으로부터 입사되는 광속을 스크린에 투영하는 방법에 따라서 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로 구분된다. 직시형 화상 표시 장치로는 CRT(Cathod Ray Tube)등이 있으며, 투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : 이하 'LCD'라 칭함), DMD(Deformable Mirror Device), 또는 AMA(Actuated Mirror Arrays)등이 있다.
상술한 CRT장치는 평균 100ft-L(백색 표시) 이상인 휘도, 30 : 1 이상인 콘트라스트비, 1만시간 이상의 수명등이 보증된 우수한 표시 장치이다. 그러나, CRT는 중량 및 용적이 크고 높은 기계적인 강도를 유지하기 때문에 화면을 완전한 평면으로 하기가 곤란하여 주변부가 왜곡되는 문제점이 있었다. 또한, CRT는 전자빔으로 형광체를 여기해서 발광시키므로 화상을 만들기 위해 고전압을 필요로 하는 문제점이 있었다.
따라서, 상술한 CRT의 문제점을 해결하기 위해 LCD가 개발되었다. 이러한 LCD의 장점을 CRT와 비교하여 설명하면 다음과 같다. LCD는 저전압에서 동작하며, 소비 전력이 작고, 변형 없는 화상을 제공한다.
그러나, 상술한 장점들에도 불구하고 LCD는 광속의 편광으로 인하여 1∼2％의 낮은 광효율을 가지며, 그 내부의 액정 물질의 응답 속도가 느린 문제점이 있었다.
이에 따라, 상술바와 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.
통상적으로, AMA 내부에 형성된 각각의 액츄에이터들은 인가되는 화상 신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전계에 따라 변형을 일으킨다. 이 액츄에이터가 변형을 일으킬 때, 액츄에이터의 상부에 장착된 각각의 거울들은 전계의 크기에 비례하여 경사지게 된다.
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.
상술한 AMA는 벌크(bulk)형과 박막(thin film)형으로 구분된다. 현재 AMA는 박막형 광로 조절 장치가 주종을 이루는 추세이다.
도 1은 종래의 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 1를 참조하면, 액츄에이터(130)의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 모양으로 형성된다. 액츄에이터(130)의 타측은 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 액츄에이터(130)의 오목한 부분에는 이웃하는 액츄에이터의 돌출부가 끼워지고, 액츄에이터(130)의 돌출부는 이웃하는 액츄에이터의 오목한 부분에 끼워지게 된다.
도 2는 도 1의 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도이며, 액츄에이터(130)중에서 배전홀(110) 및 배전체(120)가 형성된 부분을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 박막형 광로 조절 장치는 일측 상부에 드레인 패드(drain : 20)가 형성된 구동기판(10)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(60)를 구비한다.
구동기판(10)은 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시안됨)가 매트릭스(matrix) 형태로 내장되어 있다. 보호층(30)은 후속하는 공정동안 구동기판(10)이 손상되는 것을 보호하며 구동기판(10)과 드레인 패드(20)의 상부에 형성되어 있고, 식각 방지층(40)은 후속하는 식각 공정동안 보호층(30)과 그 하부가 손상되는 것을 보호하며 보호층(30)의 상부에 형성되어 있다.
액츄에이터(130)는 식각 방지층(40)중 그 하부에 드레인 패드(20)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(air gap : 50)을 개재하여 식각 방지층(40)과 평행하도록 형성된 멤브레인(membrane : 60), 멤브레인(60)의 상부에 형성되며 드레인 패드(20)로부터 화상 신호를 제공받는 하부전극(70), 하부전극(70)의 상부에 형성되며, 전계의 크기에 비례하여 변형을 일으키는 변형층(80), 변형층(80)의 일측 상부에 형성되며 바이어스 전압이 인가되며 광원으로부터 입사되는 광속을 반사시키는 상부전극(90), 하부전극(70)중 변형층(80)과 상부전극(90)이 형성되지 않은 부분으로부터 멤브레인(60), 식각 방지층(40) 및 보호층(30)을 통하여 드레인 패드(20)까지 수직으로 형성된 배전홀(110), 그리고, 배전홀(110)내에 하부전극(70)과 드레인 패드(20)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 배전체(120)를 구비한다.
도 3은 도 1의 장치를 B-B' 선으로 자른 단면도이며, 액츄에이터(130)중에서 배전홀(110) 및 배전체(120)가 형성되지 않은 부분을 도시한 것이다.
도 3을 참조하면, 박막형 광로 조절 장치는 구동기판(10)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(130)를 구비한다.
구동기판(10)은 M×N개의 트랜지스터(도시안됨) 매트릭스(matrix) 형태로 내장되어 있다. 보호층(30)은 후속하는 공정동안 구동기판(10)이 손상되는 것을 보호하며 구동기판(10)과 드레인 패드(20)의 상부에 형성되어 있고, 식각 방지층(40)은 후속하는 식각 공정동안 보호층(30)과 그 하부가 손상되는 것을 보호하며 보호층(30)의 상부에 형성되어 있다.
액츄에이터(130)는 식각 방지층(40)에 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(air gap : 50)을 개재하여 식각 방지층(40)과 평행하도록 형성된 멤브레인(membrane : 60), 멤브레인(60)의 상부에 형성되며 드레인 패드(20)로부터 화상 신호를 제공받는 하부전극(70), 하부전극(70)의 상부에 형성되며, 전계의 크기에 비례하여 변형을 일으키는 변형층(80) 및 변형층(80)의 일측 상부에 형성되며 바이어스 전압이 인가되며 광원으로부터 입사되는 광속을 반사시키는 상부전극(90)을 구비한다.
그런데, 상술한 종래의 박막형 광로 조절 장치는 탐침(140)을 도 2에 도시된 배전홀(110) 및 배전체(120)와 접촉함으로써 액츄에이터(130)를 구성하는 각 부재의 전기적 특성을 측정하였다.
특히, 탐침(140)을 통하여 측정할 수 있는 각 부재의 전기적 특성, 예를 들면 각 화소별로 광로 조절 장치의 전기적 특성, 예를 들어 변형층(80)을 구성하는 PZT의 물성, 배전체(120)의 저항 및 누설 전류등을 측정할 수 있다.
그러나, 종래의 박막형 광로 조절 장치는 각 부재의 전기적 특성을 측정하기 위하여 배전홀(110)과 그 내부의 배전체(120)에 탐침(140)을 접촉하는 경우, 탐침(140)의 첨두부분에 의해 배전홀(110) 및 배전체(120)가 손상되어 드레인 패드(20)를 경유한 화상 신호가 하부전극(70)에 전달되지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 목적은 배전홀이 형성되지 않은 부분의 하부전극을 노출시켜 각 부재의 전기적 특성을 측정하기 용이한 측정 영역을 형성함으로써, 탐침에 의해 배전홀내의 배전체가 손상되어 하부전극에 화상 신호가 전달되지 못하는 것을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시안됨)가 매트릭스 형태로 내장되며 보호층 및 식각 방지층이 순차적으로 형성된 구동기판과, 식각 방지층과 일측이 접촉되며 타측이 에어갭을 개재하여 식각 방지층과 평행하도록 형성된 멤브레인과, 멤브레인의 상부에 형성되며 구동기판의 트랜지스터로부터 화상 신호를 제공받는 하부전극과, 하부전극의 상부에 형성되며 전계의 크기에 비례하여 변형을 일으키는 변형층과, 변형층의 상부에 형성되어 거울의 기능과 전극의 기능을 갖는 상부전극과, 상부전극과 변형층을 제거하여 각 부재의 전기적 특성을 측정할 수 있는 측정영역을 구비한다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로 부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래의 박막형 광로 조절 장치의 평면도,
도 2는 도 1의 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도,
도 3은 도 1의 장치를 B-B' 선으로 자른 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도,
도 5는 도 4의 장치를 C-C' 선으로 자른 단면도,
도 6은 도 4의 장치를 D-D' 선으로 자른 단면도,
도 7a 내지 도 7f는 도 6에 도시한 장치의 제조 공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
510 : 구동기판 520 : 드레인 패드
530 : 보호층 540 : 식각 방지층
545 : 희생층 550 : 에어갭
560 : 멤브레인 570 : 하부전극
580 : 변형층 590 : 상부전극
600 : 스트라이프 610 : 배전홀
620 : 배전체 630 : 액츄에이터
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치를 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 4를 참조하면, 액츄에이터(630)의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 모양으로 형성된다. 액츄에이터(630)의 타측은 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 액츄에이터(630)의 오목한 부분에는 이웃하는 액츄에이터의 돌출부가 끼워지고, 액츄에이터(630)의 돌출부는 이웃하는 액츄에이터의 오목한 부분에 끼워지게 된다.
도 5는 도 4의 장치를 C-C'선으로 자른 단면도이며, 액츄에이터(630)중에서 배전홀(610) 및 배전체(620)가 형성된 부분을 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 박막형 광로 조절 장치는 일측 상부에 드레인 패드(520)가 형성된 구동기판(510)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(630)를 포함한다.
구동기판(510)은 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시안됨)가 매트릭스 형태로 내장되어 있다. 보호층(530)은 후속하는 공정동안 구동기판(510)이 손상되는 것을 보호하며 구동기판(510)과 드레인 패드(520)의 상부에 형성되어 있고, 식각 방지층(540)은 후속하는 식각 공정동안 보호층(530)과 그 하부가 손상되는 것을 보호하며 보호층(530)의 상부에 형성되어 있다.
액츄에이터(630)는 식각 방지층(540)중 그 하부에 드레인 패드(520)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(550)을 개재하여 식각 방지층(540)과 평행하도록 형성된 멤브레인(560), 멤브레인(560)의 상부에 형성되며 드레인 패드(520)로부터 화상 신호를 제공받는 하부전극(570), 하부전극(570)의 상부에 형성되며, 전계의 크기에 비례하여 변형을 일으키는 변형층(580), 변형층(580)의 일측 상부에 형성되며 바이어스 전압이 인가되며 광원으로부터 입사되는 광속을 반사시키는 상부전극(590), 하부전극(570)중 변형층(580)과 상부전극(590)이 형성되지 않은 부분으로부터 멤브레인(560), 식각 방지층(540) 및 보호층(530)을 통하여 드레인 패드(520)까지 수직으로 형성된 배전홀(610), 그리고, 배전홀(610)내에 하부전극(570)과 드레인 패드(520)가 서로 전기적으로 연결하며 양측이 변형층(580)과 상부전극(590)이 형성되지 않은 하부전극(570)의 상부로 연장되어 각 부재의 전기적 특성의 측정을 용이하게 하는 배전체(620)를 포함한다.
도 6은 도 4의 장치를 D-D' 선으로 자른 단면도이며, 액츄에이터(630)중에서 도 5에 도시된 배전홀(610) 및 배전체(620)가 형성되지 않은 부분을 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 박막형 광로 조절 장치는 구동기판(510)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(630)를 구비한다.
구동기판(510)은 M×N개의 트랜지스터(도시안됨) 매트릭스(matrix) 형태로 내장되어 있다. 보호층(530)은 후속하는 공정동안 구동기판(510)이 손상되는 것을 보호하며 구동기판(510)의 상부에 형성되어 있고, 식각 방지층(540)은 후속하는 식각 공정동안 보호층(530)과 그 하부가 손상되는 것을 보호하며 보호층(530)의 상부에 형성되어 있다.
액츄에이터(630)는 식각 방지층(40)에 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(550)을 개재하여 식각 방지층(540)과 평행하도록 형성된 멤브레인(560), 멤브레인(560)의 상부에 형성된 화상 신호를 제공받는 하부전극(570), 하부전극(570)의 상부에 형성되며, 전계의 크기에 비례하여 변형을 일으키는 변형층(580), 변형층(580)의 일측 상부에 형성되며 바이어스 전압이 인가되며 광원으로부터 입사되는 광속을 반사시키는 상부전극(590) 및 상부전극(590)과 변형층(580)의 소정 부분을 제거하여 형성된 측정영역(640)을 구비한다.
이하 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 7a 내지 도 7f는 도 6에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 7a 내지 도 7f에 있어서, 도 6과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 7a를 참조하면, M×N개의 트랜지스트(도시안됨)가 내장된 구동기판(510)의 상부에 인 실리케이트 유리(Phospo Silicate Glass : PSG)로 구성된 보호층(530)이 형성된다.
보호층(530)은 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 1.0∼2.0㎛ 정도의 두께로 형성된다. 보호층(530)은 후속하는 공정 동안 구동기판(510)이 손상되는 것을 방지한다.
식각 방지층(540)은 보호층(530)의 상부에 질화물(nitride)로 형성된다. 식각 방지층(540)은 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 1000∼2000Å 정도의 두께를 갖도록 형성된다. 식각 방지층(540)은 후속하는 식각 공정 동안 보호층(530)과 그 하부가 손상되는 것을 방지한다.
희생층(545)은 식각 방지층(540)의 상부에 형성된다. 희생층(545)은 인 실리케이트 유리로 형성된다. 희생층(545)은 대기압 화학 기상 증착(APCVD)방법으로 1.0∼2.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성된다. 이때, 희생층(545)은 트랜지스터가 내장된 구동기판(510)의 상부를 덮고 있으므로, 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(640)의 표면은 스핀 온 글래스(Spin On Glass : SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법으로 평탄화된다. 이어서, 희생층(545)의 소정 부분을 식각하여 식각 방지층(540)의 일부를 노출시킨다.
도 7b를 참조하면, 멤브레인(560)은 노출된 식각 방지층(540)의 상부 및 희생층(545)의 상부에 질화물로 형성된다. 멤브레인(560)은 저압 화학 기상 증착 방법으로 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성된다.
하부전극(570)은 멤브레인(560)의 상부에 백금 또는 백금-탄탈륨등의 금속으로 형성된다. 하부전극(570)은 스퍼터링 방법으로 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성된다. 하부전극(570)은 구동기판(510)에 내장된 트랜지스터로부터 도 5에 도시된 드레인 패드(520)를 경유한 화상 신호가 제공된다.
변형층(580)은 하부전극(570)의 상부에 PZT 또는 PZLT등의 압전 물질로 형성된다. 변형층(580)은 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법으로 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성된다. 이어서, 변형층(580)은 급속 열처리(RTA) 방법으로 상변이 된다.
상부전극(590)은 변형층(580)의 상부에 전기 전도성과 반사성이 우수한 금속, 예를 들면 알루미늄, 백금, 또는 은등으로 형성된다. 상부전극(590)은 스퍼터링 방법으로 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성된다. 상부전극(590)은 공통전극으로서 바이어스 전압이 인가된다. 따라서, 상부전극(590)과 화상 신호가 인가되는 하부전극(570)의 사이에는 전계가 발생하게 된다.
도 7c를 참조하면, 스트라이프(600)는 상부전극(590)의 소정 부분을 패터닝하여 형성된다. 스트라이프(600)는 상부전극(590)이 균일하게 작동시켜 광원으로 부터 입사되는 광속이 난반사되는 것을 방지한다. 이와 동시에, 상부전극(590)은 소정 형상을 갖도록 패터닝되며, 상부전극(590)중 도 5에 도시된 배전홀(610)과 대칭되는 부분을 제거한다.
도 7d를 참조하면, 변형부(580)는 소정 형상을 갖도록 패터닝되며, 변형부(580)중 도 5에 도시된 배전홀(610)과 대칭되는 부분을 제거하여 측정영역(640)을 형성한다.
따라서, 측정영역(640)을 통하여 변형층(580)을 구성하는 압전물질의 물성을 파악할 수 있으며, 배전체(620)의 내부 전항 및 누설 전류를 용이하게 측정할 수 있다. 왜냐하면, 도 2에 도시한 탐침(140)을 배전홀(610)에 삽입하지 않고 각 부재의 전기적 특성을 측정영역(640)을 통하여 측정할 수 있다. 또한, 측정영역(640)은 도 2에 도시된 탐침(140)으로 인하여 배전홀(610)내의 배전체(620)가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
도 7e를 참조하면, 하부전극(570), 멤브레인(560)이 소정 형상을 갖도록 순차적으로 패터닝되어 희생층(545)의 소정 부분을 외부로 노출시킨다.
도 7f를 참조하면, 노출된 희생층(545)은 불산 가스를 사용하는 건식 식각 방법으로 제거된다. 따라서, 희생층(545)이 제거된 부분에는 에어갭(550)이 형성되어 박막형 광로 조절 장치가 완성된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 배전홀이 형성되어 있는 부분과 대칭되는 부분의 상부전극과 변형층을 제거하여 각 부재의 전기적 특성을 측정하기 용이한 측정영역을 형성함으로써, 탐침에 의해 배전홀내의 배전체가 손상되어 하부전극에 화상 신호가 전달되지 못하는 것을 방지할 수 있으며 액츄에이터가 안정된 구조를 갖는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명을 도면을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

  1. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시안됨)가 매트릭스 형태로 내장되며 보호층(530) 및 식각 방지층(540)이 순차적으로 형성된 구동기판(510)과, 상기 식각 방지층(540)과 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(550)을 개재하여 상기 식각 방지층(540)과 평행하도록 형성된 멤브레인(560)과, 상기 멤브레인(560)의 상부에 형성되며 상기 구동기판(510)의 트랜지스터로부터 화상 신호를 제공받는 하부전극(570)과, 상기 하부전극(570)의 상부에 형성되며 전계의 크기에 비례하여 변형을 일으키는 변형층(580)과, 상기 변형층(580)의 상부에 형성되어 거울의 기능과 전극의 기능을 갖는 상부전극(590)과, 상기 상부전극(590)과 상기 변형층(580)을 제거하여 각 부재의 전기적 특성을 측정할 수 있는 측정영역(640)을 구비하는 박막형 광로 조절 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 보호층(530)은 인 실리케이트 유리로 구성되며, 상기 식각 방지층(540)은 질화물로 구성되며, 상기 멤브레인(560)은 질화물로 구성되며, 상기 하부전극(570)은 전기 전도성이 우수한 물질로 구성되며, 상기 변형층(580)은 압전 물질로 구성되며, 상기 상부전극(590)은 전기 전도성 및 반사 특성이 우수한 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 박막형 광로 조절 장치가 상기 측정영역(640)을 통하여 안정된 대칭 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
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