KR19990043440A - 박막형 광로 조절 장치의 제조방법 - Google Patents

박막형 광로 조절 장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 박막형 광로 조절 장치의 제조방법에 관한 것으로, 기판 상에 희생층을 형성하고, 상기 희생층 위에 포토 레지스트층을 도포한 후 노광 및 현상공정을 통해 지지부 형상을 포토 레지스트층의 일단에 형성하며, 상기 포토 레지스트층의 패턴을 사용해서 상기 희생층을 식각하여 지지부를 형성하되, 지지부의 상부가 슬롭(slope)을 갖도록 등방성 식각하는 1 단계와, 이방성 식각하는 2 단계와, 지지부의 하부가 슬롭을 갖도록 등방성 식각하는 3 단계로 식각공정을 수행하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 변형층을 형성하기 위해 압전물질인 PZT 또는 PLZT를 졸-겔(Sol-Gel)법으로 형성한 다음 상변이를 위해 급속 열처리 공정을 수행하는 과정에서 변형층이 수축되더라도 응력이 한곳에 집중되지 않고 분산되므로 균열발생이 억제되는 효과를 가져올 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 제조방법
본 발명은 박막형 광로 조절 장치의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액츄에이터의 지지부를 형성하기 위한 희생층 패턴을 완만하게하여 변형층의 균열을 방지하기 위한 박막형 광로 조절 장치의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광속을 조절하여 화상을 형성할 수 있는 광로 조절 장치는 크게 광원으로부터 입사되는 광속을 스크린에 투영하는 방법에 따라서 CRT(Cathod Ray Tube) 등의 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로서 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display:이하 'LCD'라 칭함), DMD(Deformable Mirror Device), 또는 AMA(Actuated Mirror Arrays)등이 있다.
CRT 장치는 화상의 질은 우수하지만 화면의 대형화에 따라 장치의 중량과 용적이 증가하며 그 제조비용이 상승하는 문제가 있으며, 이에 비하여 액정 표시 장치(LCD)는 평판으로 형성할 수 있으나 입사되는 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 특허출원 제 96-59191 호의 선행기술에 개시되어 있다.
도 1은 선행 출원에 의해 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1 의 A-A' 선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 선행 출원에 의해 기재된 박막형 광로 조절 장치는 기판(5)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(65)를 포함한다.
상기 액츄에이터(65)는 아래에 드레인 패드(10)가 형성된 부분에 일측이 지지되는 캔틸레버 형상을 이루며, 멤브레인(30), 하부전극(35), 변형층(40), 상부전극(45)을 포함하며, 드레인 패드(10)와 하부전극(35)이 전기적으로 연결되도록 드레인 패드(10)까지 수직하게 형성된 비아컨택(55)을 포함한다.
상기 액츄에이터(65)의 평면형상의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 상기 액츄에이터(65)의 타측은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 액츄에이터(65)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터(65)의 오목한 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 액츄에이터(65)의 오목한 부분에 끼워지게 된다.
한편, 도 3a 내지 3d는 상술한 박막형 광로 조절 장치의 제조공정 중 희생층 패턴 공정을 도시한 제조공정도로서, 기판(5) 상에 희생층(25)을 형성한다. 희생층(25)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 0.5∼4.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이때, 희생층(25)은 트랜지스터가 내장된 기판(5)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(25)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Glass:SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화한다.
이어서, 희생층(25)의 일단에 액츄에이터(65)의 지지부를 형성하기 위해서 포토 레지스트층(26)을 도포한 후 노광 및 현상공정을 통해서 희생층(25)의 일단이 노출되도록 지지부의 형상을 포토 레지스트층(26)의 일단에 형성한다.
이어서, 건식식각공정을 이용하여 노출된 희생층(25)을 식각하여 지지부(70)를 형성한다.
그런데 종래의 박막형 광로 조절 장치의 제조방법에 있어서, 액츄에이터(65)의 지지부(70)를 형성하기 위한 희생층(25) 패턴 공정은 이방성을 갖는 건식식각방법으로 패턴의 형상이 기판(5)에 대하여 수직방향으로 이루어진다. 따라서, 상기 지지부(70) 패턴 형상에 증착되는 멤브레인(30), 하부전극(35), 변형층(40) 및 상부전극(45)으로 이루어지는 액츄에이터(65)는 지지부(70)에서 직각방향으로 꺽이는 형상을 갖게 되어 제조과정에서 가장자리 부분에 액츄에이터(65)의 하중 및 응력이 집중될 염려가 있다.
특히, 변형층(40)은 압전물질인 PZT 또는 PLZT를 졸-겔(Sol-Gel)법으로 0.1∼1.0㎛ 두께를 갖도록 형성한 다음 상변이를 위해 약 650℃의 온도에서 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing:RTA)를 수행하는 과정에서 변형에 대한 응력이 집중되는 모서리 부분에서 균열이 발생되는 문제가 있었다.
더욱이, 이와같은 변형층(40)의 클랙은 상부전극(45)과 하부전극(35) 사이의 쇼트를 유발할 수 있는 경로를 제공할 염려가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 액츄에이터 지지부의 형상을 모서리가 진 형상에서 응력이 분산될 수 있는 만곡 형상을 이룰수 있도록 희생층을 패터닝함으로써 공정 진행중에 변형부의 균열발생 및 쇼트유발을 억제할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조방법에 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 기판 상에 희생층을 형성하며, 상기 희생층 위에 포토 레지스트층을 도포한 후 노광 및 현상공정을 통해 지지부 형상을 포토 레지스트층의 일단에 형성하며, 상기 포토 레지스트층의 패턴을 사용해서 상기 희생층을 식각하여 지지부를 형성하되, 상기 식각 공정은 지지부의 상부가 슬롭(slope)을 갖도록 소정 깊이(d1)만큼 등방성 식각하는 1 단계와, 소정 깊이(d2)만큼 이방성 식각하는 2 단계와, 지지부의 하부가 슬롭을 갖도록 소정 깊이(d3)만큼 등방성 식각하는 3 단계로 구분되어 이루어지며, 상기 지지부가 형성된 희생층 상부에 멤브레인, 하부전극, 변형층 및 상부전극을 증착하여 캔틸레버 형상의 액츄에이터를 형성하며, 상기 액츄에이터에 화상 신호전압을 인가하기 위한 비아 컨택 및 상기 희생층을 제거하여 애어갭을 형성하는 단계로 이루어지는 박막형 광로 조절 장치의 제조방법을 제공한다.
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 1의 A-A' 선 단면도,
도 3a 내지 3d는 종래의 희생층 패턴 공정을 도시한 제조공정도,
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치를 도시한 단면도,
도 5a 내지 5f는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조공정도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 기판 105 : 드레인 패드
110 : 보호층 115 : 식각 방지층
120 : 희생층 121 : 포토레지스트층
130 : 멤브레인 135 : 하부 전극
140 : 변형층 145 : 상부 전극
150 : 비아홀 155 : 비아컨택
160 : 액츄에이터
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 광로 조절 장치는 기판(100)과 기판(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(160)를 포함한다. 상기 기판(100)은 기판(100)의 일측 상부에 형성된 드레인 패드(105), 기판(100) 및 드레인 패드(105)의 상부에 적층된 보호층(110), 보호층(110)의 상부에 적층된 식각 방지층(115)을 포함한다.
상기 액츄에이터(160)는 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(105)가 형성된 기판(100) 상에 멤브레인(130), 하부전극(135), 변형층(140) 및 상부전극(145)을 구비하며, 상기 액츄에이터(160)에 화상 신호전압을 인가하기 위해 상기 상부전극(145)과 드레인 패드(105)를 전기적으로 연결하는 비아컨택(155)을 구비하며, 액츄에이터(160)의 지지부는 하부와 상부가 슬롭을 갖도록 형성되며, 중간부는 수직한면을 갖도록 형성되어 액츄에이터(160)를 구성하는 다층박막 특히 변형층(140)의 균열발생을 억제할 수 있는 형상을 갖게 된다.
이하, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 5a 내지 도 5f는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조공정도를 도시한 것이다.
도 5a를 참조하면, M×N개의 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되고 그 일측 상부에 드레인 패드(105)가 형성되어 있는 기판(100)의 상부에 인 실리케이트 유리(PSG)재질의 보호층(110)을 형성한다. 보호층(110)은 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1.0∼2.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 트랜지스터가 내장된 기판(100)이 손상되는 것을 방지한다.
보호층(110)의 상부에는 질화물로 이루어진 식각 방지층(115)을 형성한다. 식각 방지층(115)은 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(120)을 형성한다. 희생층(120)은 폴리 실리콘을 저기압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법으로 0.5∼4.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이때, 희생층(120)은 트랜지스터가 내장된 기판(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(120)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Glass:SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화한다.
도 5b를 참조하면, 상기 희생층(120)상에 포토 레지스트(121)층을 약 1.2㎛ 두께를 갖도록 도포한 후 노광 및 현상공정을 통해 액츄에이터(160)의 지지부 형상을 포토 레지스트층의 일단에 형성한다. 상기 지지부는 액츄에이터(160)의 하부전극(135)과 드레인 패드(105)를 전기적으로 연결하는 비아컨택공정을 위해 드레인 패드(105)의 상부에 형성한다.
이어서, 도 5c를 참조하면, 상기 포토 레지스트층(121)의 패턴을 사용해서 상기 희생층(120)에 지지부 형상을 형성하는 식각공정을 수행한다. 본 발명의 특징적인 제조방법에 따라 상기 식각 공정은 3 단계로 이루어진다. 최초에 실시되는 1 단계 식각은 등방적으로 소정 깊이(d1)만큼 식각하여 지지부의 상부가 슬롭(slope)을 갖도록 희생층과 포토 레지스트층의 식각 선택비가 1 : 1 이하인 조건으로 실시한다.
2 단계 식각은 희생층과 포토 레지스트층의 식각 선택비가 5 : 1 이상인 조건으로 실시하여 소정 깊이(d2)만큼 이방성 식각을 한다.
3 단계 식각은 지지부의 하부가 슬롭을 갖도록 1 단계 식각방법과 동일한 조건으로 소정 깊이(d3)만큼 실시한다(도 5d는 식각공정의 각 단계에 따라 형성되는 지지부의 형상을 확대도시한 것이다.). 따라서, 희생층(120)의 총 두께(D)는 d1＋d2＋d3로 형성된다.
이와같이 희생층(120)중 드레인 패드(105)의 상부를 식각하여 식각 방지층(115)의 일부를 노출시킴으로써 액츄에이터(160)의 지지부가 형성될 부분을 형성한 후 포토 레지스트층(121)을 스트리핑 공정을 통해 제거한다.
도 5e를 참조하면, 멤브레인(130)은 노출된 식각 방지층(115)의 상부 및 희생층(120)의 상부에 형성된다. 상기 멤브레인(130)은 질화물을 저압 화상 기상 증착(LPCVD)방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 이때, 저압의 반응 용기 내에서 반응 가스의 비를 변화시키면서 멤브레인(130) 내의 응력(stress)를 조절한다. 상기 멤브레인(130) 상부에는 전기 전도성이 우수한 백금, 백금-탄탈륨 등의 금속으로 이루어진 하부전극(135)을 스퍼터링 방법으로 500∼2000Å 정도의 두께로 형성한다. 하부전극(135)은 신호 전극으로써 구동기판(100)에 내장된 트랜지스터로부터 화상 신호를 드레인 패드(105) 및 비아홀(150)을 경유하여 제공받는다.
이어서, 상기 하부전극(135) 상부에 PZT 또는 PZLT등의 압전물질로 이루어진 변형층(140)을 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 변형층(140)을 급속 열처리(RTA) 방법을 이용하여 상변이시킨다. 한편, 변형층(140)의 급속 열처리 공정시 변형층(140)의 수축이 일어나 응력이 집중된 부위에서는 균열이 발생되는데 본 발명에 따르면 지지부에 형성되는 변형층(140)의 형상도 대략적으로 지지부의 패턴형상을 따르게 되므로 변형층(140)의 지지부의 상부 및 하부는 슬롭을 이루고 중간부는 수직한면을 갖게 되어 응력을 분산시키게 된다. 따라서, 변형층(140)의 균열발생이 최대한 억제된다.
상기 변형층(140) 상부에는 알루미늄, 백금 또는 은 등으로 이루어진 상부전극(145)을 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.
상부전극(145)은 공통 전극으로써 바이어스 전압이 인가되어 하부전극(135)과 상부전극(145) 사이에 전계가 발생한다.
도 5f를 참조하면, 변형층(140)중 드레인 패드(105)가 형성된 부분으로부터 변형층(140), 하부전극(135), 멤브레인(130), 식각 방지층(115), 그리고 보호층(110)을 차례로 식각하여 비아홀(150)을 형성한 후, 비아홀(150)의 내부에 텅스텐, 백금, 알루미늄, 또는 티타늄등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 드레인 패드(105)와 하부전극(135)이 전기적으로 연결되도록 비아컨택(155)을 형성한다. 비아컨택(155)은 비아홀(150)내에서 하부전극(135)으로부터 드레인 패드(105)의 상부까지 수직하게 형성된다. 따라서, 화상신호는 기판(100)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인 패드(105) 및 비아컨택(155)을 통하여 하부전극(135)에 인가된다.
이어서, 변형층(140), 하부전극(135), 멤브레인(130)을 순차적으로 패터닝한 후, 희생층(120)을 불산 가스로 제거하여 에어갭을 형성한다.
상술한 바와 같이, 박막형 AMA의 소자를 완성한 후, 백금-탄탈륨(Pt-Ta)을 스퍼터링 방법을 이용하여 구동기판(100)의 하단에 증착시켜 저항 접촉(ohmic contact:도시안됨)을 형성한다.
이어서, 구동기판(100)의 상부에 포토레지스트(도시안됨)을 도포한 후, 상부전극(145)에 바이어스 전압을 인가하는 동시에 하부전극(135)에 화상 신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package:도시안됨) 본딩(bonding)을 대비하여 구동기판(100)을 소정 두께가지만 잘라낸다.
이어서, TCP 본딩에 요구되는 AMA 패널(pannel)의 패드(도시안됨)을 노출시키기 위해 AMA 패널의 패드 부위를 건식 식각 방법을 이용하여 식각한다.
상술한 바와 같이, 박막형 AMA 소자가 형성된 구동기판(100)을 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP를 연결하여 박막형 AMA 모듈(module)의 제조를 완성한다.
이와같은 박막형 광로 조절 장치는 신호전극인 하부전극(135)에 화상 신호 전압이 인가되며, 공통전극인 상부전극(145)에 바이어스 전압이 인가되면 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 휘어져 광원으로부터 입사되는 광속을 슬릿을 통하여 스크린에 투영됨으로서 화상을 맺게 한다.
이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.
따라서, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조방법에 따르면 희생층의 일단에 지지부의 형상을 패터닝할 때 3 단계 식각공정을 통해 지지부의 상부 및 하부는 슬롭을 이루며 중간부는 수직하게 형성되도록 함으로써 이와 같은 형상을 따라 그 상부에 증착되는 멤브레인, 하부전극, 변형층 및 상부전극도 그와같은 형상을 따르게 되어 응력이 분산되는 구조를 갖게되며, 특히 압전물질인 PZT 또는 PLZT를 졸-겔(Sol-Gel)법으로 형성한 다음 상변이를 위해 급속 열처리 공정을 수행하는 과정에서 변형층이 수축되더라도 응력이 한곳에 집중되지 않고 분산되므로 균열발생이 억제되는 효과를 가져올 수 있다.

Claims (3)

  1. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 기판 상에 희생층을 형성하는 단계와; 상기 희생층 위에 포토 레지스트층을 도포한 후 노광 및 현상공정을 통해 지지부 형상을 포토 레지스트층의 일단에 형성하는 단계와;
    상기 포토 레지스트층의 패턴을 사용해서 상기 희생층을 식각하여 지지부를 형성하되, 지지부의 상부가 슬롭(slope)을 갖도록 소정 깊이(d1)만큼 등방성 식각하는 1 단계와, 소정 깊이(d2)만큼 이방성 식각하는 2 단계와, 지지부의 하부가 슬롭을 갖도록 소정 깊이(d3)만큼 등방성 식각하는 3 단계로 식각공정하는 단계와;
    상기 지지부가 형성된 희생층 상부에 멤브레인, 하부전극, 변형층 및 상부전극을 증착하여 캔틸레버 형상의 액츄에이터를 형성하는 단계와;
    상기 액츄에이터에 화상 신호전압을 인가하기 위한 비아 컨택을 형성하는 단계와;
    상기 희생층을 제거하여 에어갭을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 1 단계와 3 단계 식각공정은 등방적으로 식각하여 지지부의 상부가 슬롭(slope)을 갖도록 희생층과 포토 레지스트층의 식각 선택비가 1 : 1 이하인 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 2 단계 식각은 지지부의 중간부가 수직한 면을 갖도록 희생층과 포토 레지스트층의 식각 선택비가 5 : 1 이상인 조건으로 실시하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조방법.
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