KR0171123B1 - 광로 조절 장치의 모듈 제작 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 복수개의 액츄에이터가 매트릭스 형상으로 형성된 광로 조절 장치의 모듈을 제작하기 위한 방법에 관한 것으로, 박막 형성 공정에 의하여 희생층이 제거되지 않은 모재를 준비하는 단계와, 상기 모재의 하부면에 보조 웨이퍼를 부착시키는 단계와, 상기 모재를 완전 절단(full cutting)시키는 단계와, 상기 모재상에 잔존하는 희생층을 제거하는 단계와, 상기 보조 웨이퍼를 제거하는 단계로 이루어지며 이에 의해서 상기 모듈상에 형성된 액츄에이터가 절단시 손상되는 것을 방지시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 모듈의 모서리를 매끄럽게 형성시킬 수 있다.

Description

광로 조절 장치의 모듈 제작 방법

본 발명은 광로 조절 장치의 모듈을 제작하기 위한 방법에 관한 것으로서 특히 실리콘 기판상에 형성된 광로 조절 장치의 액츄에이터의 손상없이 상기 실리콘 기판을 직사각형으로 절단하기 위한 광로 조절 장치의 모듈 제작 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광로 조절 장치는 제어시스템으로부터 인가되는 전기적 신호에 의하여 집속된 광속의 광로를 조절시키기 위한 장치로서, 제1도에 확대 도시되어 있는 바와 같이 전기적 접점 단자로 작용하는 복수개의 트랜지스터 패드가 내장된 실리콘 웨이퍼(110)상에 소정 형상으로 형성된 액츄에이터(121)가 매트릭스(matrix)구조로 복수개 형성되어 있다.

이때, 상기 액츄에이터(121)는 소정 형상의 희생층상에 순차적으로 형성된 멤브레인과, 하부 전극과, 변형부와 상부 전극으로 이루어져 있으며 또한 식각 공정에 의하여 상기 희생층을 제거함으로서 상기 액츄에이터(121)는 자유 단부가 구동가능한 캔틸레버(cantilever) 형상으로 형성된다.

한편, 상기 실리콘 웨이퍼(110)는 제품의 조립 공정시 조립의 편의성을 제공하고 또한 제품의 소형화를 위하여 절단 공정(cutting)에 의해서 직사각형의 모듈(120)을 형성시키며 이러한 모듈(120)상에는 상기된 바와 같이 복수개의 액츄에이터(121)가 매트릭스 형상으로 형성되어 있다.

즉, 제1도에 가상선으로 나타난 바와 같이, 희생층을 제거하기 직전에 상기 실리콘 웨이퍼(110)를 절단용 칼 또는 다이싱 기계를 사용하여 각각 스크레치(scratch) 또는 하프 절단(half cutting)시킨 후, 상기 희생층을 제거하고 나서 수동으로 지그(jig)를 사용하여 절단된 부분을 절취시킴으로서 수행되며 이에 의해서 직사각형의 모듈(120)이 형성된다. 이때, 실리콘 웨이퍼(110)의 절단 공정은 기계적인 절단 공정으로서 냉각수를 필요로 하는 바, 만일 희생층을 제거한 후 다이싱 공정을 수행하게 되면, 희생층의 제거로 형성된 에어갭부분에 냉각수가 유입되어 액츄에이터가 기판에 달라붙는 스티킹 현상을 유발하게 된다. 한편, 희생층을 제거하기 전에 상술한 실리콘 웨이퍼(110)를 완전 절단하는 경우에는, 희생층을 제거하는 등의 후속 공정을 수행하는 동안 모듈을 핸들링하기 위해서 척킹할 영역이 없기 때문에 후속하는 공정을 수행할 수 없게 된다.

따라서, 종래에는 부득이하게 상술한 바와 같은 하프 절단 방법을 사용하였는 바, 그와 같은 하프 절단을 수행하게 되면 상기 모듈(120)의 모서리 부분이 매끄럽게 절취되지 못하게 되거나 상기 모듈(120)상에 형성된 상기 액츄에이터(121)의 일부가 손상되어 광로 조절 장치의 성능을 저하시키는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 조립의 편의성 및 제품의 소형화를 위하여 원형의 실리콘 웨이퍼를 직사각형으로 절단시킴으로서 모듈을 형성시킬 때 박막 형성 공정에 의하여 상기 모듈상에 형성된 액츄에이터가 절단시 손상되는 것을 방지시킬 수 있을 뿐만 아니라 상기 모듈의 모서리를 매끄럽게 형성시킬 수 있는 광로 조절 장치의 모듈 제작 방법을 제공하는 데 있다.

상기의 목적은 박막 형성 공정에 의하여 희생층이 제거되지 않은 모재를 준비하는 단계와, 상기 모재의 하부면에 보조 웨이퍼를 부착시키는 단계와, 상기 모재를 완전 절단(full cutting)시키는 단계와, 상기 모재상에 존재하는 희생층을 제거하는 단계와, 상기 보조 웨이퍼를 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 모듈 제작 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 보조 웨이퍼는 자외선 또는 열 또는 화학 약품의 분리 작용에 의하여 분리 가능한 접착제의 접착 작용에 의하여 상기 모재의 하부면에 부착된다.

제1도는 실리콘 기판상에 형성된 일반적인 광로 조절 장치의 액츄에이터를 도시한 부분 확대 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 모듈 제작 방법을 순차적으로 도시한 흐름도.

제3도(a) 내지 (c)는 본 발명의 일실시예에 따라서 모재를 제작하기 위한 공정을 순차적으로 도시한 단면도.

제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 완전 절단 공정시 형성된 광로 조절 장치의 액츄에이터를 도시한 부분 확대 단면도.

제5도는 본 발명의 일실시예에 따라서 제작된 광로 조절 장치의 모듈을 도시한 부분 확대 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

300 : 모재 310 : 실리콘 웨이퍼

320 : 희생층 330 : 액츄에이터

340 : 모듈 400 : 보조 웨이퍼

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명의 일실시예에 따라서 광로 조절 장치의 모듈을 제작하기 위한 방법을 순차적으로 나타낸 흐름도이고 제3도(a) 내지 (c)는 본 발명에 따라 액츄에이터를 형성시키기 위한 방법을 순차적으로 도시한 공정도이며 제4도는 본 발명에 따른 절단 공정을 나타낸 부분 확대 단면도이며 또한 제5도는 본 발명에 따라서 모듈상에 형성된 액츄에이터를 도시한 부분 확대 단면도이다.

즉, 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 모듈 제작 방법은 박막 형성 공정에 의하여 희생층(320)이 제거되지 않은 모재(300)를 준비하는 제1단계(210)와, 상기 모재(300)의 하부면에 보조 웨이퍼(400)를 부착시키는 제2단계(220)와, 상기 모재(300)를 완전 절단(full cutting)시키는 제3단계(230)와, 상기 모재(300)상에 존재하는 희생층(320)을 제거하는 제4단계(240)와, 그리고 상기 보조 웨이퍼(400)를 제거하는 제5단계(350)로 이루어진다.

먼저, 본 발명의 제1단계(210)에 따르면, 상기 모재(300)는 물리 기상 증착 공정(PVD) 또는 화학 기상 증착 공정(CVD)과 같은 증착 공정 및 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정과 같은 식각 공정으로 이루어진 박막 형성 공정에 의하여 실리콘 웨이퍼(310)상에 소정 형상으로 패터닝된 액츄에이터(330)를 매트릭스 형상으로 복수개 구비하고 있다.

이때, 상기 액츄에이터(330)는 제3도(a) 내지 (c)에 도시되어 있는 바와 같이 실리콘 웨이퍼(310)상에 소정 형상으로 패터닝된 희생층(320)상에 순차적으로 적층된 멤브레인(331)과, 하부 전극(332)과, 변형부(333)와 상부 전극(334)으로 이루어져 있다.

여기에서, 상기 희생층(320)은 상기 실리콘 웨이퍼(310)상에 인이 함유된 실리콘 산화물 즉 포스포 실리게이트 글라스(PSG) 또는 다결정 실리콘 스핀 온 코팅 공정(spin-on coating)과 같은 물리 기상 증착 공정(PVD:phisical vapour deposition) 또는 화학 기상 증착 공정 (CVD:chemical vapour deposition)에 의하여 소정 두께로 적층시킨 후 소정 형상으로 패터닝시킴으로서 형성된다.

한편, 상기 멤브레인(331)은 상기된 바와 같이 소정 형상의 희생층(320)상에 질화 실리콘(SiN) 또는 탄화 실리콘(SiC)과 같은 규화물을 스퍼터링(sputtering) 증착 공정과 같은 물리 기상 증착 공정(PVD) 또는 화학 기상 증착 공정(CVD)을 통하여 소정 두께로 적층시킴으로서 형성된다.

또한, 상기 하부 전극(332)은 상기 멤브레인(331)상에 백금 또는 티타늄과 같은 도전성 금속을 진공 증착 공정 또는 스퍼터링 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 형성되며 이러한 하부 전극(332)은 상기 멤브레인(331)상에 형성된 콘택홀(이에 대한 상세한 설명은 생략함)을 통하여 상기 실리콘 웨이퍼(310)상에 형성된 패드와 전기적으로 연결된다.

또한, 상기 변형부(333)는 상기 하부 전극(332)상에 Pb(Zr,Ti)O₃, 또는 (Pb,La)(Zr,Ti)O₃조성의 압전 세라믹 또는 Pb(Mg,Nb)O₃조성의 전왜 세라믹을 졸-겔 공정 또는 스퍼터링 공정 또는 화학 기상 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 형성된다. 이때, 상기 압전 세라믹 또는 전왜 세라믹은 급가열 공정에 의하여 열처리시킴으로서 페로브스카이트(perovskite) 결정 구조로 형성되며 이에 의해서 상기 변형부(333)는 인가되는 전기장에 의하여 외형이 변하게 되는 압전 특성을 나타낸다.

그리고, 상기 상부 전극(334)은 상기 변형부(333)상에 전기 전도도 및 반사 특성이 양호한 알루미늄을 스퍼터링 공정 또는 진공 증착 공정에 의하여 적층시킴으로서 형성된다.

이 후에, 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정에 의하여 상기 상부 전극(334), 변형부(333), 하부 전극(332), 및 멤브레인(331)을 순차적으로 식각시킴으로서 상기 실리콘 웨이퍼(310)상에 소정 형상으로 형성된 매트릭스 형상의 액츄에이터(330)가 복수개 형성된다.

따라서, 상기 모재(300)는 상기된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(310)의 중앙부에 직사각형 구조로 배열된 모듈(340)상에 소정 형상으로 패터닝된 액츄에이터(330) 및 소정 형상으로 상기 모듈(340)상에 잔존하는 희생층(320)을 구비한다.

한편, 본 발명의 제2단계를 참조하면, 상기된 바와 같이 박막 형성 공정에 의하여 상기 실리콘 웨이퍼(310)상에 복수개의 액츄에이터가 매트릭스 형상으로 형성된 상기 모재(300)의 하부면에 접착제를 사용하여서 보조 웨이퍼(400)를 부착시키며 이때, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 접착제는 자외선 또는 열 또는 화학 약품의 분해 작용에 의하여 분리가능한 특성을 갖는다.

여기에서, 상기 보조 웨이퍼(400)의 물리적 특성 및 화학적 특성은 상기 모재(300)를 구성하는 실리콘 웨이퍼(310)의 물리적 특성 및 화학적 특성과 비슷하거나 또는 동일하며 또한 상기 보조 웨이퍼(400)의 형상은 상기 실리콘 웨이퍼(310)의 형상과 동일하거나 또는 비슷하게 형성된다. 이와 같이 모재(300)의 하부면에 보조 웨이퍼(400)를 부착하므로서, 희생층(320)의 제거전에 실리콘 웨이퍼(310)를 완전 절단하여 각각의 모듈(340)로 분리하더라도, 각 모듈(340)은 보조 웨이퍼(400)에 부착되어 있으므로, 후속 공정을 수행하는 동안 보조 웨이퍼(400)를 척킹하여 모듈을 핸들링할 수 있다. 즉, 보조 웨이퍼(400)를 모재(300)에 부착해서 희생층(320)의 제거 전에 실리콘 웨이퍼(310)를 완전 절단하므로서, 종래의 하프 절단시 발생되는 문제점, 즉, 모듈(340)의 모서리 부분이 매끄럽게 절취되지 못하거나 모듈(120) 상에 형성된 액츄에이터(121)의 일부가 손상되는 문제점을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 절단 공정시 사용되는 냉각수에 의한 스티킹 현상을 방지할 수 있다. 또한, 완전 절단된 실리콘 웨이퍼(310), 즉, 분리된 각 모듈(120)이 보조 웨이퍼(400)에 부착되어 있으므로 보조 웨이퍼(400)를 척킹 영역으로 사용하여 후속하는 공정을 원활히 진행할 수 있을 것이다.

이 후에 본 발명에 따른 제3단계를 참조하면, 상기된 바와 같이 보조 웨이퍼(310)가 하부면에 부착되어 있는 상기 모재(300)는 다이아몬드 등과 같이 내구성이 강한 절단용 칼을 구비한 다이싱 머신을 사용하여서 직사각형 형상으로 절단된다.

특히, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 제4도에 실선으로 표시되어 있는 바와 같이 상기 모재(300)는 완전 절단(full cutting)에 의해서 직사각형 형상으로 절단된다. 이때, 상기 실리콘 웨이퍼(310)는 비록 완전 절단(full cutting)된 상태로 유지되어 있지만 상기 보조 웨이퍼(400)와 접착제의지지 작용에 의하여 상기 실리콘 웨이퍼(310)의 절단된 부분 즉 모서리 부분은 상기된 바와 같이 복수개의 액츄에이터(330)가 형성된 모듈(340)로부터 분리되지 않는다.

또한, 본 발명에 따른 제4단계를 참조하면, 상기 모재(300)의 실리콘 웨이퍼(310)상에 소정 형상으로 잔존하는 상기 희생층(320)을 불산 용액을 사용하는 습식 식각 공정에 의하여 제거하며 이에 의해서 상기 액츄에이터(330)는 제5도에 확대 도시한 바와 같이 일단부가 상기 실리콘 웨이퍼(310)로부터 소정 간격으로 이격된 캔틸레버 형상으로 형성된다. 이때, 상기 습식 식각 공정에 따르면, 상기 에칭 용액의 식각 작용에 의한 식각율은 상기 에칭 용액의 pH 값에 따라서 변하게 되며 여기에서 상기 에칭 용액이 불산으로 이루어져 있는 경우에 상기 희생층(320)은 하기의 식(①)으로 표시된 화학 반응에 의하여 식각되어 제거된다.

즉, 상기 희생층(320)은 불산 이온(F-)의 식각 작용에 의해서 에칭되는 반면에 상기 식각 작용시 발생되는 수소 이온(H+)에 의해서 상기 에칭 용액의 pH 값이 변하게 되고 그 결과 상기 희생층(320)의 식각율이 변하게 된다.

따라서, 상기 희생층(320)의 식각율을 일정하게 유지시킬 수 있도록 상기 에칭 용액의 pH 값을 일정하게 유지시키기 위하여 상기 불화 수소에 불소화 암모늄(NH₄F)과 같은 완충 용액을 첨가시킨다.

즉, 상기 에칭 용액에 첨가되는 상기 불소화 암모늄(NH₄F)은 하기의 식(②)과 같은 화학 반응을 하게 되며 그 결과 발생되는 과잉 불소 이온(F^-)은 상기된 바와 같이 식각 작용에 의하여 소모된 불소 이온(F^-)을 보충시키고 이에 의해서 상기 에칭 용액의 pH 값은 일정하게 유지된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 불화 수소(HF)에 대한 상기 불소화 암모늄(NH₄F)의 완충비가 약 10:1 미만의 값을 가지며 특히 약 6:1의 값을 갖고 이에 의해서 상기 불소 이온(F^-)의 식각 작용에 의한 식각율은 활성화 에너지에 의해 조절되며 그 결과 캔틸레버 형상의 액츄에이터(330)가 형성된다.

상기된 바와 같이, 희생층(320)이 제거된 상기 실리콘 웨이퍼(310)를 직사각형상의 모듈(340)로 제작하기 위하여 자외선 또는 열 또는 화학 약품을 사용하여서 상기 보조 웨이퍼(400)를 상기 실리콘 웨이퍼(310)로부터 분리시킨다. 이때, 상기된 바와 같이 완전 절단 공정에 의하여 절단된 상기 실리콘 웨이퍼(310)의 모서리 부분은 상기 액츄에이터(330)가 복수개 형성된 모듈(340) 부분으로부터 자동적으로 분리 되므로 하프 절단에 의한 절취 공정이 제거되고 그 결과 상기 모듈의 모서리는 매끄러운 형상으로 형성된다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면 실리콘 웨이퍼상에 형성된 복수개의 액츄에이터가 손상됨이 없이 상기 실리콘 웨이퍼를 직사각형으로 절단시킬 수 있고 또한 매끄러운 형상의 모서리를 갖는 모듈을 형성시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 복수개의 액츄에이터(330)가 매트릭스 형상으로 형성된 광로 조절 장치의 모듈 제작 방법에 있어서, 박막 형성 공정에 의하여 희생층(320)이 제거되지 않은 모재(300)를 준비하는 제1단계(210)와, 상기 모재(300)의 하부면에 보조 웨이퍼(400)를 부착시키는 제2단계(220)와, 상기 모재(300)를 완전 절단(full cutting)시키는 제3단계(230)와, 상기 모재(300)상에 존재하는 희생층(320)을 제거하는 제4단계(240)와, 그리고 상기 보조 웨이퍼(400)를 상기 모재(300)로부터 분리하여 제거하는 제5단계(350)로 이루어진 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 모듈 제작 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 보조 웨이퍼(400)는 접착제의 접착 작용에 의하여 상기 모재(300)의 하부면에 부착되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 모듈 제작 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 접착제는 자외선 또는 열 또는 화학 약품의 분해 작용에 의하여 분리가능한 특성을 구비한 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 모듈 제작 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 보조 웨이퍼(400)의 물리적 특성 및 화학적 특성은 상기 실리콘 웨이퍼(310)의 물리적 특성 및 화학적 특성과 동일한 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 모듈 제작 방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 보조 웨이퍼(400)의 형상은 상기 실리콘 웨이퍼(310)의 형상과 동일한 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 모듈 제작 방법.