KR19990005344A - 박막형 광로 조절 장치 - Google Patents

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KR19990005344A
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Abstract

본 발명은 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 기판과, 상기 기판의 상부에, i)양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2개의 직사각형 형상의 암(arm)들 사이에 사각형 형상의 평판이 동일 평면상에서 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 가지는 멤브레인, ii) 양측 지지부에서 멤브레인보다 큰 2개의 직사각형 형상의 암들이 형성되며, 암들 사이에 사각형 형상의 평판이 둘레에 측벽을 갖는 하부전극, iii) 하부전극의 상부에 형성되어 전계에 따라 변형을 일으키는 변형층 및 iv) 변형층의 상부에 형성되어 바이어스 전압이 인가되는 상부전극을 각기 포함하며 형성된 M×N개의 액츄에이터, 그리고 하부전극의 측벽에 의해 둘러싸인 오목한 부분에 형성된 거울을 구비한다.

Description

박막형 광로 조절 장치
본 발명은 박막형 광로 조절 장치에 관한 것으로서, 특히 희생층을 제거하는 공정에서 불산용액에 의해 거울이 손상되는 것을 방지할 수 있는 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, 상기 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. 이 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 1996년 11월 28일 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허 출원 제 96-59191 호(발명의 명칭:광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치)에 개시되어 있다.
도 1은 선행 출원에 의해 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에 도시한 장치의 사시도를 도시한 것이며, 도 3은 도 2에 도시한 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 선행 출원에 의해 기재된 박막형 광로 조절 장치는 기판(5)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(65) 및 거울(60)을 포함한다. 기판(5)은 그 상부에 형성된 드레인 패드(10), 기판(5) 및 드레인 패드(10)의 상부에 형성된 보호층(15), 그리고 보호층(15)의 상부에 형성된 식각 방지층(20)을 포함한다.
도 3을 참조하면, 액츄에이터(65)는 식각 방지층(20)중 하부에 드레인 패드(10)가 형성된 부분에 그 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(28)을 개재하여 식각 방지층(20)과 평행하도록 형성된 멤브레인(30), 멤브레인(30)의 상부에 형성된 하부전극(35), 하부전극(35)의 상부에 형성된 변형층(40), 변형층(40)의 상부에 형성된 상부전극(45), 변형층(40)의 타측으로부터 변형층(40), 하부전극(35), 멤브레인(30), 식각 방지층(20) 및 보호층(15)을 통하여 드레인 패드(10)까지 수직하게 형성된 배전홀(50), 그리고 배전홀(50)내에 하부전극(35)과 드레인 패드(10)가 전기적으로 연결되도록 수직하게 형성된 배전체(55)을 포함한다.
또한, 도 2 를 참조하면, 멤브레인(30)은 양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2개의 직사각형 형상의 암(arm)들의 사이에 사각형 형상의 평판이 동일 평면상에서 상술한 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 갖는다. 멤브레인(30)의 사각형 형상 평판 상부에는 거울(60)이 형성된다. 따라서, 거울(60)은 사각형 모양의 평판 형상을 갖는다.
그러나, 상술한 종래의 박막형 광로 조절 장치는 거울과 멤브레인이 동일한 크기로 형성되기 때문에 희생층을 제거하는 공정에서 불산 가스에 의해 거울이 손상되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 희생층을 제거하는 공정에서 불산 가스에 의해 거울이 손상되지 않는 박막형 광로 조절 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 기판과, 상기 기판의 상부에, i)양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2개의 직사각형 형상의 암(arm)들 사이에 사각형 형상의 평판이 동일 평면상에서 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 가지는 멤브레인, ii) 양측 지지부에서 멤브레인보다 큰 2개의 직사각형 형상의 암들이 형성되며, 암들 사이에 사각형 형상의 평판이 둘레에 측벽을 갖는 하부전극, iii) 하부전극의 상부에 형성되어 전계에 따라 변형을 일으키는 변형층 및 iv) 변형층의 상부에 형성되어 바이어스 전압이 인가되는 상부전극을 각기 포함하며 형성된 M×N개의 액츄에이터, 그리고 하부전극의 측벽에 의해 둘러싸인 오목한 부분에 형성된 거울을 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 본 출원인의 선행 출원에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도,
도 2는 도 1에 도시한 장치의 사시도,
도 3은 도 2에 도시한 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도,
도 5는 도 4에 도시한 장치의 사시도,
도 6은 도 4에 도시한 장치를 B-B' 선으로 자른 단면도,
도 7 내지 도 12b는 도 5 및 도 6에 도시한 장치의 제조 공정도,
도 13은 제 12b에 도시한 장치를 C-C' 선으로 자른 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 기판 105 : 드레인 패드
110 : 보호층 115 : 식각 방지층
120 : 멤브레인 125 : 하부 전극
130 : 변형층 140 : 상부 전극
145 : 배전홀 150 : 배전체
160 : 거울
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치를 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 도시된 장치의 사시도이며, 도 6은 도 5에 도시한 장치를 B-B' 선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 4, 도 5 및 도 6의 박막형 광로 조절 장치는 실질적으로 도 1, 도 2 및 도 3의 박막형 광로 조절 장치를 이용한다 할 수 있다.
도 4, 도 5 및 도 6의 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는, 하부전극(125)이 사각형 형상을 갖는 멤브레인(120)의 상부에 측벽을 갖는 '凹'자형으로 형성되며, 이 하부전극(125)의 오목한 부분에 거울(160)이 형성되는 것이 특징이다.
이하, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 7 내지 도 12b는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, M×N(M, N은 정수)개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있고, 그 일측 상부에 드레인 패드(105)가 형성되어 있는 기판(100)의 상부에 보호층(110)을 형성한다. 보호층(110)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 트랜지스터가 내장된 기판(100)이 손상되는 것을 방지한다.
보호층(110)의 상부에는 식각 방지층(115)이 형성된다. 식각 방지층(115)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(115)은 기판(100) 및 보호층(110)이 후속되는 식각 공정으로 인하여 손상되는 것을 방지한다.
식각 방지층(115)의 상부에는 희생층(117)이 형성된다. 희생층(117)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 0.5∼4.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이때, 희생층(117)은 트랜지스터가 내장된 기판(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(117)의 표면을 스핀 온 글랙스(Spin On Glass:SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 희생층(117)중 드레인 패드(105)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 식각 방지층(115)의 일부를 노출시킴으로써 액츄에이터(170)의 지지부가 형성될 부분을 만든다.
도 8을 참조하면, 노출된 식각 방지층(115)의 상부 및 희생층(117)의 상부에 멤브레인(120)을 형성한다. 멤브레인(120)은 질화물(nitride)을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 백금 또는 백금-탄탈륨등의 금속으로 구성된 신호전극인 하부전극(125)을 멤브레인(120)의 상부에 형성한다. 하부전극(125)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 하부전극(125)에는 화상 신호가 기판(100)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인 패드(105)를 통하여 인가된다.
하부전극(125)의 상부에는 변형층(130)이 형성된다. 변형층(130)은 PZT 또는 PZLT등의 압전물질을 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 변형층(130)을 급속 열처리(RTA) 방법을 이용하여 상변이시킨다.
상부전극(140)은 변형층(130)의 상부에 형성된다. 상부전극(140)은 알루미늄, 백금 또는 은등을 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상부전극(140)은 공통 전극으로서 바이어스 전압이 인가된다. 따라서, 하부전극(125)에 화상 신호가 인가되고 상부전극(140)바이어스 전압이 인가되면, 상부전극(140)과 하부전극(125) 사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 변형층(130)이 변형을 일으킨다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상부전극(140)의 상부에 제 1 포토 레지스트(도시되지 않음)을 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 도포한 후, 상부전극(140)이 'ㄷ'자 형상을 가지도록 패터닝한다. 다음, 제 1 포토 레지스트를 제거한 후, 패터닝된 상부전극(140) 및 변형층(130)의 상부에 제 2 포토 레지스트(도시되지 않음)을 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 변형층(130)이 상부전극(140) 보다 약간 넓은 'ㄷ'자 형상을 갖도록 패터닝한다. 계속하여, 제 2 포토 레지스터를 제거한다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 변형층(130)중 드레인 패드(105)가 형성된 부분으로부터 변형층(130), 하부전극(125), 멤브레인, 식각 방지층(115), 그리고 보호층(110)을 차례로 식각하여 배전홀(145)을 형성한 후, 배전홀(145)의 내부에 텅스텐, 백금, 알루미늄, 또는 티타늄등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 드레인 패드(105)와 하부전극(125)이 전기적으로 연결되도록 배전체(150)를 형성한다. 배전체(150)는 배전홀(145)내에서 하부전극(125)로부터 드레인 패드(105)의 상부까지 수직하게 형성된다. 따라서, 화상신호는 기판(100)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인 패드(105) 및 배전체(150)를 통하여 하부전극(125)에 인가된다.
도 11a 및 도 11b를 참조하면, 패터닝된 변형층(130) 및 배전홀(145)의 상부에 제 3 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 양측 지지부의 하부전극(125)은 변형층(130) 보다 약간 넓은 직사각형의 형상을 가지며, 이와 일체로 형성된 중앙부의 하부전극(125)은 사각형 형상의 평판으로 형성되도록 패터닝한다. 즉, 도 11b에 도시한 바와 같이 하부전극(125)은 양측 지지부로부터 직사각형 형상의 암들이 형성되고, 이러한 암들 사이에 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각형 형상의 평판이 동일 평면상에서 상술한 암들과 일체로 형성된 형상을 가진다. 이어서, 제 3 포토레지스트를 제거한다.
이와 같이, 패터닝된 하부전극(125)의 상부에 제 4 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 양측 지지부의 멤브레인(120)은 하부전극(125) 보다 약간 넓은 직사각형의 형상을 가지며, 이와 일체로 형성된 중앙부의 멤브레인(120)은 사각형 형상의 평판으로 형성되도록 패터닝한다. 이때, 중앙부의 멤브레인(120)은 상술한 중앙부의 하부전극(125)과 동일한 크기로 형성한다. 즉, 도 12b에 도시한 바와 같이 멤브레인(120)은 양측 지지부로부터 직사각형 형상의 암들이 형성되고, 이러한 암들 사이에 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각형 형상의 평판이 동일 평면상에서 상술한 암들과 일체로 형성된 형상을 가진다. 이어서, 제 4 포토레지스트를 제거하면, 희생층(117)의 일부가 노출된다.
도 12a 및 도 12b를 참조하면, 하부전극(125)중 중앙부의 사각형 형상 평판이 도 13에 도시한 바와 같이 둘레에 측벽을 갖는 '凹'자의 구조로 형성되도록 한다. 이어서, 측벽에 의해 둘러싸인 하부전극(125)의 오목한 부분에 알루미늄을 리프트-오프 방법으로 거울(160)을 형성한다. 이때, 거울(160)은 하부전극(125)의 측벽보다 낮은 높이로 형성된다. 계속하여, 희생층(117)을 불산 가스를 이용하여 제거한다. 이때, 거울(160)은 하부전극(125)의 측벽에 의해 불산 가스에 영향을 받지않는다.
다음, 세정 및 건조하여 M×N개의 AMA소자를 완성한 후, 크롬, 니켈 또는 금등의 금속을 스퍼터링 방법 또는 증착 방법을 이용하여 기판(100)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(도시하지 않음)을 형성한다. 그리고, 후속하는 공통 전극인 상부전극(140)에 바이어스 전압을 인가하고 신호전극인 하부전극(125)에 화상 신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package) 본딩(bonding)을 대비하여 기판(100)를 자른다. 이때, 후속되는 공정을 대비하여 기판(100)를 소정의 두께까지만 잘라낸다. 이어서, AMA 패널의 패드(도시되지 않음)와 TCP의 패드(도시되지 않음)을 연결하여 박막형 모듈(module)의 제조를 완성한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부전극(140)에는 TCP 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 바이어스 전압이 인가된다. 동시에, TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 화상 신호는 기판(100)에 내장된 트랜지스터와 드레인 패드(105) 및 배전체(150)을 통하여 하부전극(125)에 인가된다. 따라서, 상부전극(140)과 하부전극(125) 사이의 변형층(130)이 변형을 일으킨다.
변형층(130)은 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 변형층(130) 및 멤브레인(120)을 포함하는 액츄에이터(170)는 소정의 각도를 가지고 휘어진다. 광원으로 부터 입사되는 광속을 반사하는 거울(160)은 멤브레인(120)의 오목한 부분에 형성되어 있으므로 액츄에이터(170)와 같은 각도로 휘어진다. 이에 따라, 거울(160)은 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속을 슬릿을 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 하부전극을 측벽이 있는 '凹'자형으로 만든 후 이 측벽에 의해 둘러싸인 하부전극의 오목한 부분에 거울을 형성하므로, 희생층을 제거하는 공정에서 불산에 의해 거울이 손상되는 것을 방지할 수 있는 잇점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 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 (5)

  1. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(105)가 형성된 기판(100)과, 상기 기판(100)의 상부에, i)양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2개의 직사각형 형상의 암(arm)들 사이에 사각형 형상의 평판이 동일 평면상에서 상기 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 가지는 멤브레인(120), ii) 상기 양측 지지부에서 상기 멤브레인(120)보다 큰 2개의 직사각형 형상의 암들이 형성되며, 상기 암들 사이에 사각형 형상의 평판이 둘레에 측벽을 갖는 하부전극(125), iii) 상기 하부전극(125)의 상부에 형성되어 전계에 따라 변형을 일으키는 변형층(130) 및 iv) 상기 변형층(130)의 상부에 형성되어 바이어스 전압이 인가되는 상부전극(140)을 각기 포함하며 형성된 M×N개의 액츄에이터(170), 그리고 상기 하부전극(125)의 측벽에 의해 둘러싸인 오목한 부분에 형성된 거울(160)을 구비하는 박막형 광로 조절 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 액츄에이터(170)는 상기 변형층(130)로부터 상기 하부전극(125), 상기 멤브레인(120), 상기 식각 방지층(115) 및 상기 보호층(110)을 통하여 상기 드레인 패드(105)까지 수직하게 형성된 배전홀(145)과 상기 배전홀(145)내에 상기 하부전극(125)과 드레인 패드(105)가 전기적으로 연결되도록 수직하게 형성된 배전체(150)을 더 포함하는 것을 특징을 하는 박막형 광로 조절 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 양측 지지부에서 상기 하부전극(125), 상기 변형층(130) 및 상기 상부전극(140)은 각기 거울상의 'ㄷ'자의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 거울(160)은 알루미늄으로 형성되며 0.1∼1.0㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 하부전극(120)의 단면이 상기 측벽에 의해 '凹'자형 구조를 갖는 박막형 광로 조절 장치.
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