KR20000044804A - 박막형 광로조절장치의 변형층 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 박막형 광로조절장치의 변형층 제조방법을 개시한다.
본 발명은 압전재료를 졸-겔 코팅(sol-gel coating) 공정으로 코팅하고 건조(drying)하는 공정을 수차례 반복하여 소망하는 두께를 갖는 변형층을 형성하는 단계와, 상기 건조된 변형층 내부의 결정립(grain)에 하나의 자구(domain)만이 존재하도록 700∼750℃의 온도에서 55∼65초 간 RTA 열처리하는 단계를 포함하는 박막형 광로조절장치의 변형층 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 변형층 내부의 하나의 결정립에 180°방향의 하나의 자구만이 존재하게 할 수 있으며, 90°방향의 자구가 동일 결정립 내에 생성되는 것을 억제하여 액츄에이터의 반응속도를 향상시키고 잔상(remaining image) 발생을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

박막형 광로조절장치의 변형층 제조방법
본 발명은 박막형 광로조절장치(Thinfilm Micromirror Array-actuated)의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 변형층을 구성하는 각각의 결정립 내부에 하나의 자구만이 존재하도록하여 액츄에이터의 반응속도를 향상시키고 잔상 발생을 억제할 수 있는 박막형 광로조절장치의 변형층 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), 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, 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다.
도 1은 종래의 박막형 광로조절장치의 일예를 도시한 평면도이며, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이다.
도시된 바와 같이, 종래의 박막형 광로조절장치는 구동기판(5)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(65) 및 액츄에이터(65) 상부에 형성되는 구동거울(60)로 이루어진다.
전술한 액츄에이터(65)는 멤브레인(30), 하부전극(35), 변형층(electrodisplacive ;40), 상부전극(45)을 포함하며, 예컨대, 액츄에이터(65)를 구성하는 물질들은 질화실리콘(Si3N4)층 위에 TaO/Pt/PNZT(Nb1%)/LSCO/Pt로 구성되어 있다. 질화실리콘층은 멤브레인(30)역할을 하며, 하부전극(35) 및 상부전극(45)은 백금(Pt)재질로 이루어지며, 변형층(40)은 (Pb(ZrTi)O3)에 니오븀(Nb)이 소량 첨가된 PNZT 재질로 이루어지며, 멤브레인(30)과 하부전극(35) 사이에는 접착력을 증대시키기 위한 산화탄탈륨(TaO)이 개재되며, 변형층(40)의 결정화에 도움을 주는 LSCO(LaSrCoO3)가 변형층(40)과 상부전극(45) 사이에 개재되어 있다.
또한, 액츄에이터(65)는 구동기판(5)의 드레인 패드(미도시됨)와 하부전극(35)을 전기적으로 연결하는 비아컨택(55)을 포함한다.
구동거울(60)은 멤브레인(30)의 끝단부 중앙에 형성된 포스트(75)에 의해 그 중심부가 지지되어 있다.
특히, 종래의 박막형 광로조절장치에서 PNZT재질의 변형층(40)은 수차례에 거쳐 졸-겔 코팅(sol-gel coating)을 하고 각 코팅마다 건조(drying)하여 전체적으로 4000Å의 PNZT를 증착한 다음, 최종적으로 RTA 열처리를 650℃에서 100초동안 실시해 PNZT를 결정화(crystalization) 시킨다.
이와 같이 결정화된 변형층(40) 결정입자의 크기는 도 3에 도시된 바와 같이, 대략 폭 2000Å이하, 길이 4000Å이하의 거대한 원주형 구조를 갖는다. 한편, PNZT나 PZT, PLZT 등 압전재료는 입자 크기가 2000Å을 넘어가게 되면 단일 입자에 단일 자구(domain)를 형성하지 못하고 하나의 입자에 여러개의 자구들 예를 들면, 180°와 90°자구들이 공동으로 존재하게 된다.
이들 자구 중 90°자구의 존재는 압전 계수(piezoelectric coefficient)의 증가 효과는 있으나, 액츄에이터(65)에 전기적 신호가 인가될 때 그 신호에 따르는 반응속도는 180°자구에 비해 훨씬 느리고, 원위치로 복원되는 특성 또한 180°자구보다 느리다.
이러한 이유로 하나의 결정입자에 2개 이상의 자구가 공존하며 특히 90°자구가 많이 존재하는 변형층(40)일수록 반응속도가 느려져 잔상(remaining image)을 발생시키는 문제를 야기한다.
또한, 90°자구가 존재하는 변형층(40)은 90°자구의 방향전환 효과(reorientation effect) 때문에 구동하는데 필요한 구동전압이 커야하는 단점이 있었다.
따라서 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 이처럼 원위치 복원에 대한 반응 속도의 둔화 요인인 90°자구의 존재를 최소화하여 액츄에이터의 반응속도를 향상시키고 잔상(remaining image) 발생을 억제할 수 있는 박막형 광로조절장치의 변형층 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 구동기판과, 상기 구동기판 위에 제 1 희생층, 멤브레인, 하부전극, 변형층 및 상부전극으로 구성된 액츄에이터 및 액츄에이터의 끝단에 지지되는 구동거울을 구비한 박막형 광로조절장치의 제조방법에 있어서, 압전재료를 졸-겔 코팅(sol-gel coating) 공정으로 코팅하고 건조(drying)하는 공정을 수차례 반복하여 소망하는 두께를 갖는 변형층을 형성하는 단계와, 상기 건조된 변형층 내부의 결정립(grain)에 하나의 자구(domain)만이 존재하도록 700∼750℃의 온도에서 55∼65초 간 RTA 열처리하는 단계를 포함하는 박막형 광로조절장치의 변형층 제조방법을 제공한다.
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 박막형 광로조절장치의 평면도,
도 2는 도 1의 A-A'선 단면도,
도 3은 종래의 박막형 광로조절장치의 변형층의 자구의 형성구조를 개념적으로 보인 도면,
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 변형층을 형성하기 위한 공정 블록도,
도 5a 내지 5f는 본 발명에 따른 2층구조 박막형 광로조절장치 제조방법을 도시한 공정 단면도,
도 6은 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 변형층의 자구의 형성구조를 개념적으로 보인 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
5 ; 구동기판 30 ; 멤브레인
35a ; 산화탄탈륨층 35 ; 하부전극
40 ; 변형층 45a ; LSCO 전극
45 ; 상부전극 55 ; 비아컨택
60 ; 구동거울 65 ; 액츄에이터
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치 제조방법을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 변형층을 형성하기 위한 공정 블록도이며, 도 5a 내지 5f는 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.
한편, 종래와 동일한 구성에 대해서는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치는 구동기판(5)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(65) 및 액츄에이터(65) 상부에 형성되는 구동거울(60)로 이루어진다.
구동기판(5) 내부에는 도면상 미도시되어 있으나, M×N개의 트랜지스터가 내장되어 있으며, 구동기판(5) 상부에는 구동기판(5)에 내장된 트랜지스터가 손상되는 것을 방지하기 위한 인 실리케이트 유리(PSG) 재질의 보호층(15)을 구비한다.
액츄에이터(65)는 질화실리콘(Si3N4)재질의 멤브레인(30) 위에 TaO/Pt/PNZT (Nb1%)/LSCO/Pt로 구성되어 있다. 하부전극(35) 및 상부전극(45)는 백금(Pt)재질로 이루어지며, 변형층(40)은 (Pb(ZrTi)O3)에 니오븀(Nb)이 소량 첨가된 PNZT 재질로 이루어지며, 멤브레인(30)과 하부전극(35) 사이에는 접착력을 증대시키기 위한 산화탄탈륨(TaO; 35a)이 개재되며, 변형층(40)의 결정화에 도움을 주는 LSCO(LaSrCoO3)가 변형층(40)과 상부전극(45) 사이에 개재되어 있다.
한편, 액츄에이터(65)는 구동기판(5)의 드레인 패드(미도시됨)와 하부전극(35)을 전기적으로 연결하는 비아컨택(55)이 이루어진다.
또한, 구동거울(60)은 멤브레인(30)의 끝단부 중앙에 형성된 포스트(75)에 의해 그 중심부가 지지된다.
이와같은 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 구동거울(60)은 휘어진 멤브레인(30)에 의해 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사한다. 구동거울(60)에 의해 반사된 광속은 TMA 광학계의 슬릿을 통하여 스크린에 투영된다. 이와 같은 박막형 광로조절장치가 단위 픽셀(pixel)을 이루어 매트릭스 구조로 M×N(M, N은 정수)개로 배열된 TMA 모듈(moudule)을 형성하여 화상을 구현하게 된다.
이와 같은 구조를 갖는 박막형 광로조절장치의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5a 내지 5f는 본 발명에 따른 2층구조 박막형 광로조절장치 제조방법을 도시한 공정 단면도이다.
도 5a를 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.
도 5b를 참조하면, 보호층(15)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 5c를 참조하면, 이 지지영역을 포함하는 제 1 희생층(25)의 상부에 화학기상증착(CVD) 공정으로 질화물로 이루어진 멤브레인(30)을 형성하고, 그 위에 스퍼터링 공정으로 하부전극(35)와의 접착성을 고려하여 산화탄탈륨층(35a)을 형성한다. 그리고, 그 위에 스퍼터링 공정으로 전기 전도성이 우수한 백금, 백금-탄탈륨 등의 금속으로 이루어진 하부전극(35)을 형성하고, 그 위에 졸-겔 코팅 공정으로 PNZT로 이루어진 변형층(40)을 형성한다.
본 발명에 따른 변형층(40) 제조방법을 좀 더 자세히 설명하면 먼저, PNZT 압전재료를 수차례에 거쳐 졸-겔 코팅(sol-gel coating)을 하고 각 코팅마다 대략 450℃의 온도에서 건조(drying)하여 총 두께가 대략 4000Å 정도의 두께를 갖도록 증착한 다음, 건조된 변형층(40) 내부를 결정화(crystalization) 시키기 위한 RTA 열처리를 한다. 이때, 변형층(40) 내부의 결정립(grain)에 하나의 자구(domain)만이 존재하도록 700∼750℃의 온도에서 55∼65초 간 RTA 열처리를 한다.
이처럼 RTA 열처리 공정을 종래기술에 비해 고온에서 짧은 시간동안 수행함으로써 결정립의 크기를 2000Å 이하로 줄일 수 있다. 따라서, 하나의 결정립에 180°방향의 하나의 자구만이 존재하게 할 수 있으며, 90°방향의 자구가 동일 결정립 내에 생성되는 것을 억제할 수 있다.
도 6는 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 변형층의 자구의 형성구조를 개념적으로 보인 도면이다.
이어서, 변형층(40) 위에 스퍼터링 공정으로 LSCO전극을 형성하고, 그 위에 스퍼터링 공정으로 알루미늄, 백금 또는 은 등으로 이루어진 상부전극(45)을 형성한다.
이어서, 액츄에이터(65)를 픽셀단위로 분리시키기 위해 상부전극(45), LSCO 전극(45a), 변형층(40), 하부전극(35), 산화탄탈륨층(35a) 및 멤브레인(30)을 패터닝한다.
이어서, 도 5d에 도시된 바와 같이, 액츄에이터(65)의 지지영역에 위치하는 상부전극(45), LSCO 전극(45a), 변형층(40), 하부전극(35), 산화탄탈륨층(35a) 및 멤브레인(30)을 도 2에 도시된 형상으로 차례로 식각하여 멤브레인(30)의 일단을 노출시키고, 이 노출된 지지영역의 일단에 멤브레인(30), 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 5e를 참조하면, 먼저 픽셀단위로 패터닝된 액츄에이터(65) 전면에 포토 레지스트(PR) 또는 실리콘(Si) 재질의 제 2 희생층(70)을 형성한다.
이와 같은 제 2 희생층(70) 위에 거울면(60)을 지지할 수 있는 포스트(75)를 형성한 후 그 위에 반사특성이 우수한 알루미늄(Al)을 증착하고 이를 액츄에이터(65) 단위로 패터닝하여 거울면(60)을 형성한다.
이어서, 도 5f를 참조하면, 제 2 희생층(70) 및 제 1 희생층(25)을 XeF2가스를 이용한 식각 또는 산소 플라즈마를 이용한 에슁(ashing)공정 등으로 제거한다.
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, 변형층 내부를 결정화(crystalization) 시키기 위한 RTA 열처리 공정을 종래에 비해 고온에서 짧은 시간동안 수행함으로써 변형층 내부의 하나의 결정립에 180°방향의 하나의 자구만이 존재하게 할 수 있으며, 90°방향의 자구가 동일 결정립 내에 생성되는 것을 억제하여 액츄에이터의 반응속도를 향상시키고 잔상(remaining image) 발생을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

Claims (1)

  1. 구동기판과, 상기 구동기판 위에 제 1 희생층, 멤브레인, 하부전극, 변형층 및 상부전극으로 구성된 액츄에이터 및 액츄에이터의 끝단에 지지되는 구동거울을 구비한 박막형 광로조절장치의 제조방법에 있어서,
    압전재료를 졸-겔 코팅(sol-gel coating) 공정으로 코팅하고 건조(drying)하는 공정을 수차례 반복하여 소망하는 두께를 갖는 변형층을 형성하는 단계와;
    상기 건조된 변형층 내부의 결정립(grain)에 하나의 자구(domain)만이 존재하도록 700∼750℃의 온도에서 55∼65초 간 RTA 열처리하는 단계를 포함하는 박막형 광로조절장치의 변형층 제조방법.
KR1019980061304A 1998-12-30 1998-12-30 박막형 광로조절장치의 변형층 제조방법 KR20000044804A (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100811493B1 (ko) * 2002-03-05 2008-03-07 주식회사 엘지이아이 졸-겔 코팅 장치 및 방법

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