KR19990035337A

KR19990035337A - 박막형 광로조절장치

Info

Publication number: KR19990035337A
Application number: KR1019970057133A
Authority: KR
Inventors: 주상백
Original assignee: 전주범; 대우전자 주식회사
Priority date: 1997-10-31
Filing date: 1997-10-31
Publication date: 1999-05-15
Also published as: KR100258105B1

Abstract

본 발명은 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 구동기판과; 구동기판의 상부에, 지지영역에서 2개의 암(arm)들을 갖는 'ㄷ'자 형태로 형성되고, 구동영역에서 사각형 형상을 갖으며 상기 암들과 일체로 형성된 보조층, 지지영역에서 보조층보다 작은 'ㄷ'자형태를 가지며 구동영역에서 보조층과 동일한 크기의 사각형 모양을 갖는 멤브레인, 지지영역에서 멤브레인보다 작은 'ㄷ'자형을 갖는 하부전극, 지지영역에서 하부전극보다 작은 'ㄷ'자형을 갖는 변형층, 지지영역에서 변형층보다 작은 'ㄷ'자형을 갖는 상부전극을 각기 포함하며 형성된 M×N개의 액츄에이터; 그리고 구동영역의 사각형 형상을 갖는 멤브레인의 상부에 형성된 거울을 구비한다.

Description

박막형 광로조절장치

본 발명은 박막형 광로조절장치에 관한 것으로서, 특히 멤브레인의 하부에 거울과 동일한 물질의 보조층을 형성하여 멤브레인과 거울의 응력(stress)을 균일하게 분포하여 구조를 안정시킬 수 있는 박막형 광로조절장치에 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.

도 1은 종래의 박막형 광로조절장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 2a는 도 1에 도시한 장치의 사시도를 도시한 것이며, 도 2b는 도 2a에 도시한 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.

도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 종래의 박막형 광로조절장치는 구동기판(10)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(140) 및 거울(110)을 포함한다. 구동기판(10)은 드레인 패드(20), 보호층(30), 그리고 식각 방지층(40)을 포함한다.

도 2b을 참조하면, 액츄에이터(140)는 식각 방지층(40)중 하부에 드레인 패드(20)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(60)을 개재하여 식각 방지층(40)과 평행하도록 형성된 멤브레인(70), 멤브레인(70)의 일측 상부에 형성된 하부전극(80), 하부전극(80)의 상부에 형성된 변형층(90), 변형층(90)의 상부에 형성된 상부전극(100), 변형층(90)의 타측으로부터 변형층(90), 하부전극(80), 멤브레인(70), 식각 방지층(40) 및 보호층(30)을 통하여 드레인 패드(20)까지 수직하게 형성된 배전홀(120), 배전홀(120)내에 하부전극(80)과 드레인 패드(20)가 전기적으로 연결되도록 수직하게 형성된 배전체(130), 그리고 멤브레인(70)의 일측 상부에 형성된 거울(110)을 포함한다.

또한, 도 2a를 참조하면, 멤브레인(70)은 지지영역에서 평행하게 형성된 2개의 직사각형 형상의 암(arm)들을 갖으며, 구동영역에서는 사각형 형상을 갖는다. 멤브레인(70)의 사각형 형상 평판 상부에는 거울(110)이 형성된다. 따라서, 거울(110)은 사각형 모양을 갖는다.

그러나, 상술한 종래의 박막형 광로조절장치는 멤브레인의 상부에 거울이 형성되어 있는데, 멤브레인과 거울의 응력이 비대칭이기 때문에 멤브레인과 거울이 휘어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 목적은 멤브레인의 하부에 거울과 동일한 물질로 보조층을 두어 멤브레인과 거울의 응력을 균일하게 분포시킬 수 있는 박막형 광로조절장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 구동기판과; 구동기판의 상부에, 지지영역에서 2개의 암(arm)들을 갖는 'ㄷ'자 형태로 형성되고, 구동영역에서 사각형 형상을 갖으며 상기 암들과 일체로 형성된 보조층, 지지영역에서 보조층보다 작은 'ㄷ'자형태를 가지며 구동영역에서 보조층과 동일한 크기의 사각형 모양을 갖는 멤브레인, 지지영역에서 멤브레인보다 작은 'ㄷ'자형을 갖는 하부전극, 지지영역에서 하부전극보다 작은 'ㄷ'자형을 갖는 변형층, 지지영역에서 변형층보다 작은 'ㄷ'자형을 갖는 상부전극을 각기 포함하며 형성된 M×N개의 액츄에이터; 그리고 구동영역의 사각형 형상을 갖는 멤브레인의 상부에 형성된 거울을 포함한다.

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 광로조절장치의 평면도,

도 2a는 도 1에 도시한 장치의 사시도,

도 2b는 도 2a에 도시한 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 평면도,

도 4a는 도 3에 도시한 장치의 사시도,

도 4b는 도 4a에 도시한 장치를 B-B'선으로 자른 단면도,

도 5a 내지 도 5f는 도 4b에 도시한 장치의 제조 공정도,

도 6a 내지 도 6d는 도 4a에 도시한 장치의 제조 공정도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

510 : 구동기판 520 : 드레인 패드

530 : 보호층 540 : 식각 방지층

550 : 희생층 560 : 에어갭

570 : 멤브레인 580 : 하부전극

590 : 변형층 600 : 상부전극

610 : 거울 620 : 배전홀

630 : 배전체 640 : 액츄에이터

650 : 보조층

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치를 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 4a는 도 3에 도시된 장치의 사시도이며, 도 4b는 도 4a에 도시한 장치를 B-B' 선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.

도 3, 도 4a 및 도 4b의 박막형 광로 조절 장치는 실질적으로 도 1, 도 2a 및 도 2b의 박막형 광로조절장치를 이용한다 할 수 있다.

도 3, 도 4a 및 도 4b의 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치는, 멤브레인(570)의 하부에 거울(610)과 동일한 물질로 보조층(650)을 두어 멤브레인(570)과 거울(610)의 응력을 균일하게 분포시키는 것이 특징이다.

이하, 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 5a 내지 도 6d는 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 제조방법을 도시한 것이다.

도 5a를 참조하면, 구동기판(510)은 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있고, 일측 상부에 드레인 패드(520)가 형성되어 있다.

이러한 구동기판(510)의 상부에 보호층(530)을 형성한다. 보호층(530)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1 ∼ 1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 보호층(530)은 후속하는 공정 동안 트랜지스터가 내장된 구동기판(510)이 손상되는 것을 방지한다.

보호층(530)의 상부에 식각 방지층(540)을 형성한다. 식각 방지층(540)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000 ∼ 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(540)은 보호층(530)과 그 하부가 후속되는 식각 공정으로 인하여 손상되는 것을 방지한다.

식각 방지층(540)의 상부에 희생층(550)을 형성한다. 희생층(550)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학기상증착(APCVD) 방법으로 0.1 ∼ 1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이때, 희생층(550)은 트랜지스터가 내장된 구동기판(510)의 상부를 덮고 있으므로 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(550)의 표면을 스핀 온 글랙스(Spin On Glass:SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다.

이어서, 희생층(550)의 상부에 후속하여 형성되는 거울(610)을 구성하는 물질과 동일한 물질로 보조층(650)을 형성한다. 이때, 보조층(650)은 거울(610)과 동일한 두께를 갖도록 형성된다. 보조층(650)은 거울(610)과 동일한 물질로 형성됨으로써 멤브레인(570)과 거울(610)의 사이에 발생하는 응력을 균일하게 분포시킨다. 따라서, 멤브레인(570)과 거울(610)은 보조층(650)에 의해 균일한 응력이 작용하므로 멤브레인(570)과 거울(610)이 불균일한 응력에 의해 휘어지는 것이 방지된다.

계속하여, 보조층(650)과 희생층(550)중 하부에 드레인 패드(520)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 식각 방지층(540)의 일부를 노출시킴으로써 액츄에이터(640)의 지지영역이 형성될 부분을 만든다.

도 5b를 참조하면, 노출된 식각 방지층(540)의 상부 및 보조층(650)의 상부에 멤브레인 물질층(570')을 형성한다. 멤브레인 물질층(570')은 질화물(nitride)을 저압 화학기상증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0.1 ∼ 1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 백금 또는 백금-탄탈륨등의 금속으로 하부전극 물질층(580')을 멤브레인 물질층(570')의 상부에 형성한다. 하부전극 물질층(580')은 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1 ∼ 1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.

하부전극 물질층(580')의 상부에 변형 물질층(590')을 형성한다. 변형 물질층(590')은 PZT 또는 PLZT등의 압전물질을 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학기상증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1 ∼ 1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 변형 물질층(590')을 급속 열처리(RTA) 방법을 이용하여 상변이시킨다.

상부전극 물질층(600')은 변형 물질층(590')의 상부에 형성한다. 상부전극 물질층(600')은 알루미늄, 백금 또는 은등을 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1 ∼ 1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.

도 5c 및 도 6a를 참조하면, 상부전극 물질층(600')의 상부에 제 1 포토 레지스트(도시되지 않음)을 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 도포한 후, 상부전극 물질층(600')이 'ㄷ'자 형상을 가지도록 패터닝하여 상부전극(600)을 형성한다. 다음, 제 1 포토레지스트를 제거한 후, 패터닝된 상부전극(600) 및 변형 물질층(590')의 상부에 제 2 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 변형 물질층(590')이 상부전극(600) 보다 약간 넓은 'ㄷ'자 형상을 갖도록 패터닝하여 변형층(590)을 형성한다. 계속하여, 제 2 포토 레지스터를 제거한다.

다음, 변형층(590)과 하부전극 물질층(580')의 상부에 제 3 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅방법으로 도포한 후, 하부전극 물질층(580')이 변형층(590)보다 약간 넓은 'ㄷ'자 형상을 갖도록 패터닝하여 하부전극(580)을 형성한다. 그리고, 제 3 포토레지스트를 제거한다.

도 5d 및 도 6b를 참조하면, 변형층(590)중 드레인 패드(520)가 형성된 부분으로부터 변형층(590), 하부전극(580), 멤브레인 물질층(570'), 식각 방지층(540), 그리고 보호층(530)을 차례로 식각하여 배전홀(620)을 형성한 후, 배전홀(620)의 내부에 텅스텐, 백금, 알루미늄, 또는 티타늄등의 금속을 채워 드레인 패드(520)와 하부전극(580)이 전기적으로 연결되도록 배전체(630)를 형성한다. 배전체(630)는 배전홀(620)내에서 하부전극(580)으로부터 드레인 패드(520)의 상부까지 수직하게 형성된다.

도 5e 및 도 6c를 참조하면, 패터닝된 하부전극(580) 및 배전홀(620)의 상부에 제 4 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후 멤브레인 물질층(570')을 패터닝하여 멤브레인(570)을 형성한다. 이때, 멤브레인(570)은 지지영역에서는 'ㄷ'자 형태로 패터닝되며, 이와 일체로 형성된 구동영역에서는 사각형 형상의 평판 모양을 갖도록 패터닝된다. 즉, 도 6c에 도시한 바와 같이 멤브레인(570)은 지지영역에서는 직사각형 형상의 암(arm)들이 형성되고, 구동영역에서는 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각형 형상의 평판이 형성된다. 이어서, 제 4 포토레지스트를 제거한다.

이와 같이, 패터닝된 멤브레인(570)의 상부에 제 5 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후 보조층(650)을 패터닝하여 지지영역에서는 멤브레인(570)보다 약간 넓은 'ㄷ'자 형태를 가지며, 이와 일체로 형성된 구동영역에서 보조층(650)은 멤브레인(570)과 동일한 크기로 사각형 형상의 평판모양을 갖는다. 즉, 도 12b에 도시한 바와 같이 보조층(650)은 지지영역에서는 직사각형 형상의 암들이 형성되고, 구동영역에서는 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각형 형상을 갖는다. 이어서, 제 5 포토레지스트를 제거하여 희생층(550)의 일부를 노출시킨다.

도 5f 및 도 6d를 참조하면, 사각형 모양을 갖는 구동영역의 멤브레인(570)의 상부에 거울(610)을 증착한 후, 희생층(550)을 불산가스로 제거하여 에어갭(560)을 형성함으로써 박막형 광로조절장치를 완성한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치는 멤브레인의 하부에 거울을 구성하는 물질과 동일한 물질로 보조층을 형성하여, 보조층, 멤브레인 및 거울간에 응력이 수직방향을 따라서 대칭적으로 균일하게 분포하게 함으로써 멤브레인과 거울이 휘어지는 것을 방지할 수 있는 효과가 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

M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(520)가 형성된 구동기판(510)과;

상기 구동기판(510)의 상부에, 지지영역에서 2개의 암(arm)들을 갖는 'ㄷ'자 형태로 형성되고, 구동영역에서 사각형 형상을 갖으며 상기 암들과 일체로 형성된 보조층(650), 상기 지지영역에서 상기 보조층(650)보다 작은 'ㄷ'자형태를 가지며 상기 구동영역에서 상기 보조층(650)과 동일한 크기의 사각형 모양을 갖는 멤브레인(570), 상기 지지영역에서 상기 멤브레인(570) 보다 작은 'ㄷ'자형을 갖는 하부전극(580), 상기 지지영역에서 상기 하부전극(580)보다 작은 'ㄷ'자형을 갖는 변형층(590), 상기 지지영역에서 상기 변형층(590)보다 작은 'ㄷ'자형을 갖는 상부전극(600)을 각기 포함하며 형성된 M×N개의 액츄에이터(640); 그리고

상기 구동영역의 사각형 형상을 갖는 멤브레인(570)의 상부에 형성된 거울(610)을 포함하는 박막형 광로조절장치.
제 1 항에 있어서, 상기 거울(610)은 알루미늄으로 형성되며 0.1 ∼ 1.0㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치.
제 1 항에 있어서, 상기 보조층(650)이 상기 거울(610)과 동일한 물질 및 동일한 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치.