KR20000032553A - 2층구조 박막형 광로조절장치 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평탄도가 향상된 거울면을 갖는 2층구조 박막형 광로조절장치를 개시한다.

본 발명은 구동기판(5)을 형성하고, 이 구동기판(5) 위에 제 1 희생층(25), 멤브레인(30), 하부전극(35), 변형층(40) 및 상부전극(45)으로 이루어지는 액츄에이터(65)를 형성하고, 이 액츄에이터(65) 전면에 폴리머 재질의 제 2 희생층(70)을 형성하고, 그 위에 거울면(60)을 지지할 수 있는 포스트(75)를 형성하기 위해 실리콘 재질의 하드 마스크(72)를 이용하여 패터닝하고, 이 실리콘 재질의 하드 마스크(72)를 XeF₂가스를 이용하여 제거함으로써 거울면(60)의 평탄도를 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Description

2층구조 박막형 광로조절장치 제조방법

본 발명은 2층구조 박막형 광로조절장치 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액츄에이터의 끝단에 거울면을 지지할 수 있는 포스트의 패턴을 형성할 때 실리콘 재질의 하드 마스크를 이용한 2층구조 박막형 광로조절장치 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광속을 조절하여 화상을 형성할 수 있는 표시장치는 크게 광원으로부터 입사되는 광속을 스크린에 투영하는 방법에 따라서 CRT(Cathod Ray Tube) 등의 직시형 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로서 액정 표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 'LCD'라 칭함), DMD(Deformable Mirror Device), 또는 TMA(Thinfilm Micromirror Array-actuated)등이 있다.

CRT 장치는 화상의 질은 우수하지만 화면의 대형화에 따라 장치의 중량과 용적이 증가하며 그 제조비용이 상승하는 문제가 있으며, 이에 비하여 액정 표시장치(LCD)는 평판으로 형성할 수 있으나 입사되는 광속의 편광으로 인하여 1∼2％의 낮은 광효율을 가지며, 그 내부의 액정 물질의 응답 속도가 느린 단점이 있었다.

이와 같은 LCD의 문제점들을 해결하기 위하여 DMD, 또는 TMA 등의 표시장치가 개발되었다. 현재, DMD가 약 5% 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 TMA는 10% 이상의 광효율을 얻을 수 있다. 또한, TMA는 입사되는 광속의 극성에 의해 영향을 받지 않을 뿐만아니라 광속의 극성에 영향을 끼치지 않는다.

통상적으로, TMA 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.

도 1은 종래의 2층구조 박막형 광로조절장치의 일예를 도시한 단면도이며, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.

도시된 바와 같이, 선행 출원된 2층구조 박막형 광로조절장치는 구동기판(5)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(65) 및 액츄에이터(65) 상부에 형성되는 거울면(60)으로 이루어진 2층구조를 갖는다.

전술한 액츄에이터(65)는 멤브레인(30), 하부전극(35), 변형층(40), 상부전극(45)을 포함하며, 구동기판(5)의 드레인 패드(미도시됨)와 하부전극(35)을 전기적으로 연결하는 비아컨택(55)을 포함한다.

전술한 거울면(60)은 멤브레인(30)의 끝단부 중앙에 형성된 포스트(75)에 의해 그 중심부가 지지되어 있다.

이와같은 종래의 박막형 광로조절장치는 신호전극인 하부전극(35)에 화상 신호 전압이 인가되며, 공통전극인 상부전극(45)에 바이어스 전압이 인가되면 상부전극(45)과 하부전극(35) 사이에 전계가 발생하게 된다. 이 전계에 의하여 상부전극(45)과 하부전극(35) 사이의 변형층(40)이 변형을 일으키게 되며, 상기 변형층(40)은 전계와 수직한 방향으로 수축하게 된다. 이에 따라 변형층(40)을 포함하는 액츄에이터(65)가 소정의 각도로 휘어지고, 액츄에이터(65)의 구동 선단부에 장착된 거울면(60)은 휘어진 멤브레인(30)에 의해 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사한다. 상기 거울면(60)에 의해 반사된 광속은 TMA 광학계의 슬릿을 통하여 스크린에 투영된다. 이와 같은 2층구조 박막형 광로조절장치가 단위 픽셀(pixel)을 이루어 매트릭스 구조로 M×N(M, N은 정수)개로 배열된 TMA 모듈(moudule)을 형성하여 화상을 구현하게 된다.

한편, 종래의 2층구조 박막형 광로조절장치에서 거울면(60)을 형성하기 위해서는 먼저, 액츄에이터(65)가 형성된 1층구조 위에 제 2 희생층(미도시됨)을 증착한다. 제 2 희생층 위에는 거울면(60)이 평탄하게 형성되어야 하므로 1층구조의 액츄에이터(65) 형성과정에서 발생되는 단차를 완화할 수 있는 폴리머(포토 레지스트, 아큐플로우(accuflow), SOG, SOP 등)재질이 이용된다.

이와 같은 제 2 희생층은 3∼4㎛ 정도의 매우 두꺼운 두께를 가지며, 그 위에 포스트(75) 패턴을 형성하기 위해서는 하드 마스크를 이용한다.

종래에는 통상적으로 제 2 희생층 위에 형성되는 거울면(60)의 형성물질과 동일한 알루미늄(Al) 하드 마스크를 이용하고 있다.

이처럼, 하드 마스크를 이용해 포스트(75)의 패턴을 형성한 후 하드 마스크는 플라즈마를 이용한 건식 식각 등의 방법으로 제거한다. 그리고 그 위에 반사특성이 우수한 알루미늄(Al)을 증착하고 이를 액츄에이터(65) 단위로 패터닝하여 거울면(60)을 형성한 후 희생층을 에슁(ashing) 공정으로 제거한다.

그런데 이와 같은 종래의 2층구조 박막형 광로조절장치 제조공정에 있어서, 하드 마스크로 이용된 알루미늄층이 건식 식각공정에 의해 완전히 제거되지 못하고 일부가 표면에 잔류물로 남게 된다. 이와 같은 잔류물 위에 거울면(60)이 형성되는 경우 거울면(60)의 응력변화를 가져와 거울면(60)을 휘게할 염려가 있다. 한편, 하드 마스크의 잔류물을 제거하기 위해 별도의 BOE(buffer oxide etchant)처리를 할 수도 있으나 제조공정을 복잡하게 하는 단점이 있다.

따라서 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액츄에이터의 끝단에 거울면이 지지되도록 하기 위해 포스트의 패턴을 형성할 때 이용된 하드 마스크 형성물질이 제거공정을 통해 완전히 제거될 수 있도록 실리콘 재질의 하드 마스크를 이용한 2층구조 박막형 광로조절장치 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 2층구조 박막형 광로조절장치의 제조방법에 있어서, 구동기판을 형성하는 단계와; 상기 구동기판 위에 제 1 희생층, 멤브레인, 하부전극, 변형층 및 상부전극을 순차적으로 형성하고 픽셀단위로 패터닝한 후 상기 하부전극과 구동기판의 드레인 패드를 전기적으로 연결하여 액츄에이터를 형성하는 단계와; 상기 액츄에이터 전면에 폴리머 재질의 제 2 희생층을 형성하는 단계와; 상기 제 2 희생층 위에 거울면을 지지할 수 있는 포스트를 형성하기 위해 실리콘 재질의 하드 마스크를 이용하여 패터닝하는 단계와; 상기 실리콘 재질의 하드 마스크를 XeF₂가스를 이용하여 제거하는 단계와; 상기 제 2 희생층 위에 거울면을 형성한 후 픽셀단위로 패터닝하는 단계와; 상기 제 2 희생층 및 제 1 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 아래에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

도 1은 종래의 2층구조 박막형 광로조절장치의 평면도,

도 2는 도 1의 A-A'선 단면도,

도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 2층구조 박막형 광로조절장치 제조공정도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

5 ; 구동기판 25 ; 제 1 희생층

30 ; 멤브레인 35 ; 하부전극

40 ; 변형층 45 ; 상부전극

55 ; 비아컨택 60 ; 거울면

65 ; 액츄에이터 70 ; 제 2 희생층

72 ; 하드 마스크 75 ; 포스트

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 2층구조 박막형 광로조절장치 제조방법을 상세하게 설명한다.

도 3a 내지 3f는 본 발명에 따른 2층구조 박막형 광로조절장치 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.

도 3a를 참조하면, M×N개의 트랜지스터가 내장되고 그 일측 상부에 드레인 패드(미도시됨)가 형성되어 있는 구동기판(5)을 준비한다. 그 위에 인 실리케이트 유리(PSG)재질의 보호층(15)을 형성하여 후속하는 공정 동안 구동기판(5)에 내장된 트랜지스터가 손상되는 것을 방지한다.

보호층(15)의 상부에는 질화물로 이루어진 식각 방지층(20)을 형성한다. 이 식각 방지층(20)은 구동기판(5) 및 보호층(15)이 이후 공정으로 진행되는 식각공정에 의해 손상되는 것을 방지한다.

도 3b를 참조하면, 보호층(15) 및 식각 방지층(20)이 형성된 구동기판(5) 상부에 제 1 희생층(25)을 형성한다. 제 1 희생층(25)은 인 실리케이트 유리(PSG) 또는 폴리 실리콘을 저압 화학 기상 증착법(LPCVD)으로 형성한다.

제 1 희생층(25) 위에는 액츄에이터(65)가 형성되므로 평탄한 상태를 유지해야 하는데 트랜지스터가 내장된 구동기판(5) 상부에 형성되는 제 1 희생층(25)의 표면은 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 제 1 희생층(25)의 표면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)공정을 통해 평탄화 한다.

그리고 제 1 희생층(25)을 패터닝하여 드레인 패드(미도시됨)의 상방에 위치한 식각 방지층(20)의 일단을 노출시켜 액츄에이터(65)의 지지영역을 형성한다.

도 3c를 참조하면, 이 지지영역을 포함하는 제 1 희생층(25)의 상부에 질화물로 이루어진 멤브레인(30), 전기 전도성이 우수한 백금, 백금-탄탈륨 등의 금속으로 이루어진 하부전극(35), PZT 또는 PZLT 등의 압전물질로 이루어진 변형층(40) 및 알루미늄, 백금 또는 은 등으로 이루어진 상부전극(45)을 순차적으로 형성한다.

이어서, 액츄에이터(65)를 픽셀단위로 분리시키기 위해 상부전극(45), 변형층(40), 하부전극(35) 및 멤브레인(30)을 패터닝한다.

한편, 도 3d에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(65)의 지지영역에 위치하는 상부전극(45), 변형층(40), 하부전극(35) 및 멤브레인(30)을 도 2에 도시된 형상으로 차례로 식각하여 멤브레인(30)의 일단을 노출시키고, 이 노출된 지지영역의 일단에 멤브레인(30), 식각 방지층(20), 그리고 보호층(15)을 차례로 식각하여 드레인 패드(미도시됨)의 일단이 노출되도록 비아홀(50)을 형성하고, 리프트 오프(lift-off)공정으로 드레인 패드(미도시됨)와 하부전극(35)이 전기적으로 연결되도록 비아컨택(55)을 형성한다.

이어서, 도 3e를 참조하면, 픽셀단위로 패터닝된 액츄에이터(65) 전면에 1층구조의 액츄에이터(65) 형성과정에서 발생되는 단차를 완화할 수 있는 폴리머(아큐플로우(accuflow), SOG, SOP 등)재질의 제 2 희생층(70)을 형성한다.

이와 같은 제 2 희생층(70)은 3∼4㎛ 정도의 매우 두꺼운 두께를 가지며, 그 위에 포스트(75) 패턴을 형성하기 위해서는 하드 마스크(72)를 이용한다.

여기서, 본 발명의 특징적인 공정으로 실리콘 재질의 하드 마스크(72)를 이용한다.

실리콘 재질의 하드 마스크(72)는 XeF₂가스에 쉽게 제거되는 특성을 갖는다.

이처럼, 실리콘 재질의 하드 마스크(72)를 이용해 포스트(75)의 패턴을 형성한 후 하드 마스크(72)는 XeF₂가스를 이용해 제거한다.

도 3f를 참조하면, 하드 마스크(72)가 제거된 제 2 희생층(70) 위에 반사특성이 우수한 알루미늄(Al)을 증착하고 이를 액츄에이터(65) 단위로 패터닝하여 거울면을 형성한 후 희생층을 에슁(ashing) 공정으로 제거한다.

이와 같이 형성된 거울면(60)은 하드 마스크 형성물질을 완전히 제거한 상태에서 형성되므로 거울면(60)의 평탄도를 향상시키게 된다.

도 3g를 참조하면, 이처럼 제 2 희생층(70)의 제거로 거울면(60)과 액츄에이터(65) 사이에는 제 2 에어갭(70')이 형성되고, 제 1 희생층(25)의 제거로 구동기판(5)과 액츄에이터(65) 사이에는 제 1 에어갭(25')이 형성되어 액츄에이터(65)의 구동에 따라 거울면(60)이 구동될 수 있는 2층구조의 박막형 광로조절장치의 제조공정을 완료한다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있음을 인지해야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면 액츄에이터의 끝단에 거울면을 지지할 수 있는 포스트의 패턴을 형성할 때 하드 마스크의 형성물질을 실리콘 재질로하여 이 실리콘 재질의 하드 마스크를 XeF₂가스를 이용하여 제거함으로써 거울면의 평탄도를 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 2층구조 박막형 광로조절장치의 제조방법에 있어서,

   구동기판을 형성하는 단계와;

   상기 구동기판 위에 제 1 희생층, 멤브레인, 하부전극, 변형층 및 상부전극을 순차적으로 형성하고 픽셀단위로 패터닝한 후 상기 하부전극과 구동기판의 드레인 패드를 전기적으로 연결하여 액츄에이터를 형성하는 단계와;

   상기 액츄에이터 전면에 폴리머 재질의 제 2 희생층을 형성하는 단계와;

   상기 제 2 희생층 위에 거울면을 지지할 수 있는 포스트를 형성하기 위해 실리콘 재질의 하드 마스크를 이용하여 패터닝하는 단계와;

   상기 실리콘 재질의 하드 마스크를 XeF₂가스를 이용하여 제거하는 단계와;

   상기 제 2 희생층 위에 거울면을 형성한 후 픽셀단위로 패터닝하는 단계와;

   상기 제 2 희생층 및 제 1 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 2층구조 박막형 광로조절장치 제조방법.