KR100283338B1 - 실리콘웨이퍼의패턴가공을위한박막가공방법및장치 - Google Patents

Abstract

실리콘웨이퍼에 대하여 미세 패턴을 가공하여 미소 유체 채널의 가공, 광케이블의 가이드 가공, 일련번호의 가공 등을 수행하는 데에 있어서 기존의 가공법은 사진 기술을 응용하여 포토레지스트에 패턴을 식각 하고 실리콘에 대해 에칭을 수행하였다. 그러나 이러한 가공법은 패턴의 형상을 만들고, 포토레지스트를 인화 및 현상하는 데에 필요한 초기 설비비가 많이 들며, 일단 한 가지 패턴을 형성하면 그 모양을 유연하게 바꾸기에 어려운 단점이 있다. 따라서 기존의 사진 기술을응용한 가공 기술의 단점들을 보완하기 위한 새로운 가공 방법이 요구되고 있다.

본 발명은 초정밀 미세 가공법의 하나로서 실리콘웨이퍼의 표면에 수 ㎛의 폭과 깊이를 지니는 미세 패턴을 가공하는 기술에 관한 것이다. 실리콘웨이퍼의 표면에 연금속이나 폴리머 재료를 박막의 형태로 증착시키고, 미세한 날끝 반경을 지니는 기계적 공구로써 가공하고자 하는 패턴의 모양대로 박막의 재료만을 제거한다. 이와 같은 방법으로 가공된 박막은기존의 가공법에서 형성되는 포토레지스트와 동일한 기능을 수행하여 실리콘웨이퍼에 대한 화학적 에칭 작업을 수행할 때마스크로서의 역할을 하게 된다.

위와 같은 가공법을 사용하면 기존의 포토레지스트를 사용한 가공법에서 필수적인 고가의 설비가 필요치 않게 되며, 기계적 가공의 경로를 간편하게 지정할 수 있으므로 보다 유연한 패턴의 가공이 가능하게 된다.

Description

실리콘웨이퍼의 패턴가공을 위한 박막가공 방법 및 장치{Machining of coating for patterning of silicon wafer}

본 발명은 실리콘 웨이퍼의 표면에 수 ㎛(마이크로)의 폭을 지니는 미세 패턴을 가공하기 위한 박막가공 기술로서 초기 설비비의 투자가 적고 유연한 패턴의 가공이 용이하여 다품종 소량생산에 적합하며, 실리콘 웨이퍼 표면 거칠기를 줄이고 패턴의 형상을 일정하게 유지할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 패턴가공을 위한 박막 가공 방법에 관한 것이다.

최근 정밀기계, 광학, 항공공학, 반도체 제조기술 및 전기전자 분야를 중심으로 급격하게 이루어지고 있는 정밀가공기술의 발전은 기계요소 및 반도체 등의 설계, 가공에 있어서 초정밀화를 요구하고 있다. 또한 부품의 치수정도나 고도의 정밀도 개념은 이미 마이크로미터의 수준을 넘어 나노미터 수준에 이르고 있는 실정이다.

근래에 독일에서 개발된 가공 기술로서 X-선 석판인쇄법(lithography), 전기도금법(electroplating), 몰딩법(molding), casting 등의 공정을 차례로 적용하는 LIGA 기술은 미세기계요소의 제작에도 응용되어 미세기전시스템 (MEMS, Micro Electro-Mechanical Systems) 분야에 있어서 중요한 가공 기술로 각광받고 있으며, 복잡한 3차원적 형상을 지닌 미세기계요소의 생산을 가능하게 하였다. 또한, 반도체 제조에 이용되는 화학적인 에칭가공은 실리콘웨이퍼에 대해 수십∼수백 ㎚ 폭의 패턴 가공이 가능한 상황에 이르고 있다.

그러나 이러한 가공기술들은 공정특성상 다단계의 마스킹 공정을 필요로 하는데, 현재 대부분의 경우에 사용되고 있는 광 리소그래피 기술 (사진기술을 이용하여 피공작물의 표면에 가공하려는 형상의 마스칸트를 입히는 공정)은 제품의 양산에 유리하며 미세가공에 적합함에도 불구하고 별도의 청정실과 레이저, x-선 등의 광원 등의 고가장비를 필요로 하여 초기 투자비용이 많이 필요하고, 일단 패턴의 모양이 결정되면 쉽게 변경하기가 어려워 다품종 소량생산에는 불리하다는 단점이 있으며 새로운 마이크로 가공 기술에 대한 연구 개발이 계속적으로 요구되어지는 상황이다.

실리콘웨이퍼의 미세 패턴 가공을 위해 기계적 가공과 화학적 에칭가공을 조합한 기술이 본인의 선출원 국내공개특허공보 공개번호 97-18140호에 알려져 있다.

상기 기술은 단결정 재질의 전위이론(dislocation theory)에 대한 연구결과를 기반으로 한 것이다. 즉, 단결정 재질에 존재하는 격자결함을 찾아내기 위한 방법으로서 에칭을 행할 경우 결함이 있는 위치에 힐룩(hillock)이나 피팅(pitting)이 생기는 것을 알 수 있는데, 이러한 격자결함을 원하는 위치에 인위적으로 유발시킴으로서 원하는 패턴을 가공할 수 있는데 착안된 기술이다. 이 기술은 1차적으로 미세한 날끝 반경을 지니는 다이아몬드와 같이 단결정 실리콘 보다 경도가 더 큰 재질로 된 기계적 공구를 사용하여 원하는 형상의 패턴을 단결정 재료에 가공하고 이때 패턴을 따라 발생되는 전위결함을 이용하여 재료를 선택적으로 에칭하여 3차원적 입체 구조로 가공하는 것이었다.

상기 기술은 기계적 가공을 통한 전위를 이용하기 위하여 화학적 가공(에칭)이 되는 부위를 먼저 기계적으로 가공해 줌으로서 미세 패턴을 제어하게 되며, 여기서 기계적 가공은 실리콘에 전위(변화)를 주기 때문에 교반의 차이에 따라 돌출,식각의 형태로 변하는 특성을 갖게된다.

따라서, 기계적 가공이 끝나고 화학적 가공(에칭가공) 단계에서는 기계적으로 가공된 전위 발생부분뿐만 아니라 나머지 영역도 에칭액이 노출됨으로서 기계적으로 가공되지 않은 부분도 화학적 가공의 영향을 받게된다.

이로 인해 실리콘 웨이퍼 전체적인 표면 거칠기가 나빠지며 가공되는 패턴의 형상도 불균일하게 나타나는데, 이는 실리콘 웨이퍼의 성능과 특성을 저하 시키는 문제점으로 나타났다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 실리콘웨이퍼의 표면에 미소 패턴을 형성시키는 데에 있어서, 먼저 실리콘웨이퍼에 연금속이나 세라믹 또는 고분자 재료를 증착시킨 뒤 끝단 반경이 수 ㎛인 공구를 사용하여 실리콘웨이퍼에 증착된 박막에 대해 기계적 가공을 수행 시키고, 화학적 가공을 거치도록 함으로서 고가장비를 사용하지 않으면서도 유연성이 높고, 실리콘웨이퍼의 표면 거칠기를 줄이면서도 패턴의 형상에 균일성을 유지시켜 주기 위한 실리콘웨이퍼의 미세 패턴 가공방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 실리콘 웨이퍼 표면에 다이아몬드 단결정 팁을 이용하여 기계적 가공을 통해 실리콘 웨이퍼 표면에 패턴을 형성하고, 에칭액을 이용하는 화학적 가공으로 돌출 또는식각하여 실리콘 웨이퍼의 표면에 패턴을 가공하는 패턴 가공방법에 있어서,

실리콘 웨이퍼의 표면에 연금속이나 세라믹 또는 고분자(polymer) 재료를 마스크의 역할을 하도록 증착(coating)하여 박막을 형성하는 마스크 형성 단계와,

상기 단계를 통해 실리콘웨이퍼 표면에 증착된 박막 마스크에 대해 패턴 모양을 끝단 반경이 수 마이크로미터인 단결정 공구인 팁을 사용하는 기계적 가공을 통해 원하는 형상으로 상기 단계에서 형성된 마스크를 선택적으로 제거하는 단계와,

마스크의 선택적 제거 단계를 거친 뒤 이방성 에칭액을 이용한 화학적 가공을 통해 마스크가 제거된 부분의 실리콘 웨이퍼를 식각하는 단계와,

상기 식각 단계를 통해 실리콘웨이퍼의 표면에 미세한 입체 패턴을 가공한 후 박막 마스크를 제거하여 미세 패턴을 완성하는 단계로 이루어지는 실리콘 웨이퍼의 패턴가공을 위한 박막 가공 방법을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징은, 피가공물(실리콘웨이퍼)의 표면에 단결정 팁 공구를 임의의 하중으로 작용시켜 기계적 가공으로 패턴을 형성하기 위한 장치에 있어서,

상기 피가공물을 부착시켜 2차원적으로 정밀 이송되어 피가공물에 원하는 패턴의 모양을 형성하도록 하는 안내하는 X-Y 방향 정밀 이송 스테이지와,

상기 X-Y방향 정밀 이송 스테이지를 X,Y 방향으로 이송 시키기 위해 이송 스테이지와 결합된 X,Y방향 엑츄에이터와,

상기 X-Y방향 정밀 이송 스테이지와 독립된 위치에 놓여 있으며, 기계적 가공을 위한 공구를 로드빔을 통해 고정하고, 상기 로드빔의 탄성 변형에 의해 피가공물에 대한 공구의 가공하중을 얻으며, 로드 빔에 부착된 반도체 스트레인게이지를 통하여 로드 빔 표면의 변형률을 측정하여 가공하중을 조절하는 Z방향 정밀 이송스테이지로 이루어지는 실리콘 웨이퍼의 패턴 가공을 위한 박막가공 장치를 특징으로 한다.

도 1은 실리콘웨이퍼에 미세 패턴을 제작하기 위해 고안된 본 발명에 의한 가공법의 순서도이다.

도 2는 실리콘웨이퍼에 증착된 상태의 연금속, 세라믹 또는 고분자 재료의 박막형태의 모습을 나타낸 단면도이다.

도 3은 본 발명에서 미세패턴의 가공을 위해 사용된 박막과 공구의 접촉상태 및 기계적 가공에 의해 박막이 제거된 상태를 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명에서 도 2에서와 같이 기계적 가공법으로 박막을 제거한 실리콘웨이퍼를 화학적 방법으로 가공한 상태의 단면도이다.

도 5는 도 3과 도 4에서와 같은 가공법으로 실리콘웨이퍼에 미세 패턴을 가공 한 후 실리콘웨이퍼 표면에 남아있는 박막을 제거한 상태로 본 발명의 가공법을 적용하여 생성된 미세 패턴의 단면도이다.

도 6은 본 발명에서 실리콘웨이퍼의 표면에 증착된 박막을 가공하기 위한 장치의 사시도이다.

도 7은 본 발명에서 실리콘웨이퍼의 표면에 증착된 박막을 가공하기 위한 장치 중 피가공물에 하중을 주기 위한 로드 빔의 사시도이다.

도 8은 본 발명에 의해 제작한 미세 패턴의 주사 전자 현미경 사진이다.

도 9는 본 발명에 의해 실리콘웨이퍼 표면에 식각한 미세 글씨 패턴의 주사 전자 현미경 사진이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*

10 : 실리콘웨이퍼

20 : 마스크

30 : 공구

40 : 미세 패턴

50 : 피가공물

110 : X-Y 방향 정밀 이송 스테이지

120 : Z 방향 정밀 이송 스테이지

130 : X 방향 엑츄에이터

140 : Y 방향 엑츄에이터

150 : 마이크로미터

210 : 공구가 부착된 로드 빔 (load beam)

220 : 반도체 스트레인게이지

본 발명은 일차적으로 실리콘웨이퍼에 연금속이나 세라믹 또는 고분자 박막을 증착 시키고, 이 박막에 대한 기계적 가공이 이루어져야 한다. 2차원적인 기계적 가공 장치는 피가공물을 고정하여 X-Y 방향으로 움직일 수 있는 정밀 이송 스테이지를 구비하며, X-Y 방향 정밀 스테이지에는 이를 이송시킬 수 있는 위치 제어 엑츄에이터가 장착된다.

공구는 별개의 Z 방향 정밀 이송 스테이지에 장착되며, 여기에 장착된 마이크로미터로 Z 방향의 변위를 조절하면서 공구가 부착된 로드 빔에 탄성 변형 유도하여 실제적으로 피공작물에 하중을 가한다. 본 가공법에 사용되는 공구는 끝단 반경이 수 ㎛인 단결정 재료를 사용한다.

실리콘 웨이퍼에 증착된 박막에 대한 기계적 가공을 수행한 이후 실제 실리콘 웨이퍼의 표면을 가공하기 위하여 화학적 에칭법을 사용한다. 에칭은 가공하고자 하는 패턴의 단면 형상에 따라 등방성 에칭액이나 이방성 에칭액을 선별하여 사용하며, 에칭의 방법으로는 습식에칭법, 건식에칭법 모두를 응용할 수 있다.

본 발명에 따른 박막에 대한 기계 가공을 이용한 실리콘 웨이퍼의 패턴 가공을 위한 가공 장치와 가공법, 본 발명에 의해 제작한 미세 패턴을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 의한 가공 순서이다. 도 2는 실리콘 웨이퍼에 증착된 상태의 연금속 또는 고분자 재료의 모습을 나타낸 단면도이며, 도 3과 도 4, 도 5는 도 2의 피가공물에 대해 본 발명에 의한 가공법을 적용시킨 진행 순서에 따른 가공 상태를 나타내는 단면도이다. 도 6은 본 발명에 따른 박막의 기계적 가공장치의 구성을 나타낸 사시도이다.

본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼의 패턴 가공을 위한 박막의 기계가공을 위하여 도 1에서와 같은 순서로 우선 도 2와 같이 실리콘 웨이퍼(10)의 표면에 연금속이나 세라믹 또는 고분자 재료를 증착하여 박막으로 이루어지는 마스크(20)를 준비한다.

도 2와 같이 피가공물인 실리콘 웨이퍼(10)의 표면에 존재하는 박막 마스크(20)에 대한 기계적 가공을 수행하기 위하여 도 6과 같은 가공장치를 사용한다. 기계적 가공장치는 도 6에 나타낸 바와 같이, X-Y 방향 정밀 이송 스테이지(110), X-방향 엑츄에이터(130), Y 방향 엑츄에이터(140), Z 방향 정밀 이송 스테이지(120), 가공 하중을 결정하는 마이크로미터(150)로 구성된다. 2차원적으로 정밀 이송이 가능한 X-Y 방향 정밀 이송 스테이지(110)에 실리콘 웨이퍼와 같은 시편인 피가공물(50)을 부착시켜 2차원적으로 이송시키며 가공하고자 하는 패턴의 모양을 형성한다. 이때 X-Y 방향 정밀 스테이지(110)는 X 방향 엑츄에이터(130)와 Y 방향 엑츄에이터(140)를 사용하여 이송시키게 되며, 엑츄에이터는 정밀 위치제어가 가능하다. 엑츄에이터에 대한 정밀 위치 제어가 가능하기 때문에 가공하고자 하는 패턴의 모양대로 엑츄에이터에 위치 지령을 주게 되므로 가공패턴의 설계가 변경되더라도 엑츄에이터의 구동 프로그램의 수정만으로 간단히 변경된 패턴의 적용이 가능하므로 설계변동에 대해 유연하게 대처할 수 있게된다. 또한 CAD나 CAM 기술을 사용하여 도면의 작성과 동시에 패턴의 위치정보를 엑츄에이터로 전송하는 것이 가능하게 된다. 기계적 가공을 위한 공구(30)는 별도의 Z 방향 정밀 이송 스테이지(120)에 부착된 로드 빔(210)에 부착되어있으며, 가공하중을 결정하는 마이크로미터(150)에 의해 Z 방향으로 이동하며 도 2의 박막이 증착된 실리콘웨이퍼 피 공작물에 접근한다. 가공하중은 공구가 부착된 로드 빔(210)의 탄성 변형에 의해 유발되며 로드 빔(210)에 부착된 반도체 스트레인게이지(220)를 통하여 로드 빔(210) 표면의 변형률을 측정하여 알 수 있다. 가공하중 P는 도 7과 같은 로드 빔(210)에서 로드 빔의 폭을 b, 로드 빔의 두께를 h, 공구(30)와 반도체 스트레인게이지(220) 사이의 거리를 l, 로드 빔 재료의 탄성계수를 E, 반도체 스트레인게이지에 의해 측정되는 로드 빔 표면에서의 변형률을 ε이라 할 때 수학식 1과 같은 빔의 탄성 변형식에 의해 결정된다.

수학식 1에 의해 결정되는 하중을 피공작물(50)에 가하여 박막에 대한 기계적 가공이 수행된다. 이때의 가공 폭은 공구(30)의 끝단 반경과 박막 마스크(20)의 두께, 가공하중에 비례하게 된다. 박막에 대한 기계 가공시의 공구와 피가공물 사이의 접촉면을 도 3에 도식적으로 나타내었으며, 기계적 가공시에 공구(30)는 실리콘웨이퍼에 증착된 박막 마스크(20)만을 실리콘웨이퍼(10)의 표면으로부터 제거하여 패턴을 형성한다.

기계적 가공법에 의해 일정한 패턴을 박막에 가공한 후에 화학적인 에칭가공을 한다. 습식 에칭법으로는 실리콘웨이퍼의 결정면에 따라 에칭 속도가 다른 에칭액으로 수산화칼륨 (KOH) 용액이나 EDP (ethylenediamine, pyrocatecol, water) 용액 등을 사용한 이방성 에칭방법, 실리콘웨이퍼의 결정면에 무관한 에칭속도를 지니는 에칭액으로 불산 혼합용액 (HF, HNO₃, CH₃COOH의 혼합용액)을 사용하는 등방성 에칭방법이 있다. 건식 에칭법으로는 물리적 방법으로 이온 빔 에칭법, 스퍼터링 에칭법이 있으며, 화학적인 방법으로 HCl과 SF₆증기를 사용하는 방법이 있다.

1차적인 기계적 가공법에 의해 가공된 연금속이나 세라믹 또는 고분자 박막 마스크(20)가 2차적인 화학적 가공법에서는 마스크로서 작용하여 실리콘웨이퍼에 대해 선별적인 에칭이 가능하게 된다. 박막이 남겨져 있는 부분은 에칭 반응이 일어나지 않으며, 기계적 가공에 의해 박막이 제거된 부분의 실리콘웨이퍼는 에칭액과 반응하여 재료의 제거가 일어나며, 미세 패턴의 가공이 가능해 진다. 도 4에 표면이 (1 0 0)인 결정면을 지니는 실리콘웨이퍼에 대해 이방성 에칭법을 사용하여 가공한 미세 패턴의 단면도를 도식적으로 나타내었다. 이방성 에칭의 특성에 따라 가공된 패턴의 벽면은 표면과 일정한 각도를 이루며 형성된다.

결정면의 방향이 (1 0 0)인 p 형 실리콘웨이퍼의 표면에 SiO₂박막을 80 ㎚의 두께로 시키고 본 발명에서와 같이 끝단 반경이 5 ㎛인 다이아몬드 팁을 도 7과 같은 로드빔에 장착하여 기계 가공한 이후 40 wt. % KOH 용액을 사용하여 300 초간 2차적인 화학적 가공을 수행하여 도 8과 같은 폭 약 3 ㎛, 깊이 약 2 ㎛인 v형 패턴을 제작하였다. 또한, 정밀 스테이지의 X-Y 움직임을 프로그래밍하여 도 9와 같이 'YONSEI' 패턴을 제작하였다. 도 9에서 한 글자의 폭은 24 ㎛, 높이는 36 ㎛이며 선폭은 3 ㎛이다.

본 발명에서는 이상과 같이 1차적인 기계적 가공법으로 패턴의 모양에 따라 박막을 제거하여 2차적인 화학적 가공법에서 박막을 마스크의 기능으로 사용하였다. 화학적인 가공법에 의해 실리콘웨이퍼의 표면에 미세 패턴을 가공한 후에는 필요에 따라 박막을 제거하여야 한다. 박막의 제거에는 실리콘과는 반응하지 않고 증착된 연금속과만 반응하는 에칭액을 사용하는 화학적인 방법을 사용한다. 고분자 코팅의 경우에는 고분자 재료를 녹일수 있는 아세톤과 초음파 세척기를 사용하여 제거한다. 도 5에 기계적 가공과 화학적 가공을 마치고 박막이 제거된 상태의 실리콘웨이퍼에 가공된 미세패턴 단면도를 도식적으로 나타내었다.

이와 같은 본 발명은 실리콘 웨이퍼에 먼저 연금속, 세라믹, 폴리머 재료의 마스크(20)를 증착하고 이렇게 증착된 박막에 대한 1차적인 기계 가공과 가공된 박막재료를 마스크(20)로 사용하여 2차적인 화학적 에칭가공을 통해 실리콘 웨이퍼의 표면에 폭과 깊이가 수 마이크로미터(㎛)인 미세 패턴을 가공하는 새로운 가공 기술로 제공되어 반도체 제조기술을 응용해 왔던 기존의 여러 실리콘 관련 가공 기술과는 큰 차이점을 가지고 있다.

대표적으로, 기계적 가공을 통해 실리콘 표면에 전위(dislocation)를 발생시킨 뒤 화학적 가공 단계에서 에칭액이 전위에 따라 제한적으로 식각되도록 하는 패턴 가공법에서 나타나는 실리콘 웨이퍼 표면 거칠기에 대한 문제를 해결하고, 패턴의 불균일성을 개선할 수 있게 된다.

또한, 기존의 사진 기술을 응용하여 포토레지스트에 패턴을 식각 하고 실리콘에 대해 에칭을 수행하는 가공기술들은 공정특성상 다단계의 마스킹 공정을 필요로 하는데, 현재 대부분의 경우에 사용되고 있는 광 리소그래피 기술은 제품의 양산에 유리하며 미세가공에 적합함에도 불구하고 별도의 청정실과 레이저, x-선 등의 광원 등의 고가장비가 필수적이게 되어 초기 투자비용이 많이 필요하다는 단점이 있다. 이에 비해 본 발명에서는 박막에 대해 기계적 가공을 수행하여 실리콘웨이퍼에 증착된 재료를 마스크로 사용하게 되므로 기존 실리콘 가공기술에서 필수적이던 고가의 장비들이 필요치 않게 되어 초기 투자비용을 현저하게 줄일 수 있다.

또한, 기존의 실리콘 가공 방법은 일단 패턴의 모양이 결정되면 그 변경이 어렵게 되나, 본 발명에서는 기계적 가공시에 공구를 CAD, CAM 시스템을 이용하여 이송함으로써 임의의 패턴의 가공이 가능하기 때문에 설계의 변경에도 유연하게 대처할 수 있고, 다품종 소량생산에 유리하다고 할 수 있다.

본 발명에서 개발된 가공법에 의해 가공된 2차원적 입체 패턴은 마이크로 기계요소에서 사용되는 미소 유체 채널, 광케이블의 가이드, 마이크로 커넥터 등 미세기전시스템의 제작분야에 폭넓게 활용될 수 있다.

그리고 본 발명에서 제공되는 새로운 가공 기술의 유연한 특성으로 인하여 일괄 처리 공정에 의해 제조되는 부품들에 대한 일련번호의 가공에 응용될 수 있으며, 근래에 그 요구가 증가하고 있는 기능성 코팅에 대한 마이크로 가공기술의 근간이 될 수 있을 것이다.

이와 같이 본 발명은 실리콘 웨이퍼 표면에 미세 패턴을 형성하는데 있어서, 새로운 박막 마스크를 형성하고 그 박막 마스크에 대하여 기계적 가공을 수행하여 화학적 가공단계에서 에칭액의 불균일 접촉으로 인한 실리콘 웨이퍼의 표면 거칠기 증가 현상을 방지할 수 있고, 형성되는 미세 패턴도 균일하게 형성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 실리콘 웨이퍼 표면에 다이아몬드 단결정 팁을 이용하여 기계적 가공을 통해 실리콘 웨이퍼 표면에 패턴을 형성하고, 에칭액을 이용하는 화학적 가공으로 돌출 또는식각하여 실리콘 웨이퍼의 표면에 패턴을 가공하는 패턴 가공방법에 있어서,

   실리콘 웨이퍼의 표면에 연금속이나 세라믹 또는 고분자(polymer) 재료를 마스크의 역할을 하도록 증착(coating)하여 박막을 형성하는 마스크 형성 단계와,

   상기 단계를 통해 실리콘웨이퍼 표면에 증착된 박막 마스크에 대해 패턴 모양을 끝단 반경이 수 마이크로미터인 단결정 공구인 팁을 사용하는 기계적 가공을 통해 원하는 형상으로 상기 단계에서 형성된 마스크를 선택적으로 제거하는 단계와,

   마스크의 선택적 제거 단계를 거친 뒤 이방성 에칭액을 이용한 화학적 가공을 통해 마스크가 제거된 부분의 실리콘 웨이퍼를 식각하는 단계와,

   상기 식각 단계를 통해 실리콘웨이퍼의 표면에 미세한 입체 패턴을 가공한 후 박막 마스크를 제거하여 미세 패턴을 완성하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 패턴 가공을 위한 박막가공 방법.
2. 피가공물(실리콘웨이퍼)의 표면에 단결정 팁 공구를 임의의 하중으로 작용시켜 기계적 가공으로 패턴을 형성하기 위한 장치에 있어서,

   상기 피가공물을 부착시켜 2차원적으로 정밀 이송되어 피가공물에 원하는 패턴의 모양을 형성하도록 하는 안내하는 X-Y 방향 정밀 이송 스테이지와,

   상기 X-Y방향 정밀 이송 스테이지를 X,Y 방향으로 이송 시키기 위해 이송 스테이지와 결합된 X,Y방향 엑츄에이터와,

   상기 X-Y방향 정밀 이송 스테이지와 독립된 위치에 놓여 있으며, 기계적 가공을 위한 공구를 로드빔을 통해 고정하고, 상기 로드빔의 탄성 변형에 의해 피가공물에 대한 공구의 가공하중을 얻으며, 로드 빔에 부착된 반도체 스트레인게이지를 통하여 로드 빔 표면의 변형률을 측정하여 가공하중을 조절하는 Z방향 정밀 이송스테이지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 패턴 가공을 위한 박막가공 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 로드 빔의 가공하중(P)은, 로드 빔(210)에서 로드 빔의 폭을 b, 로드 빔의 두께를 h, 공구(30)와 반도체 스트레인게이지(220) 사이의 거리를 l, 로드 빔 재료의 탄성계수를 E, 반도체 스트레인게이지에 의해 측정되는 로드 빔 표면에서의 변형률을 ε이라 할 때, 빔의 탄성 변형식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼의 패턴가공을 위한 박막가공 장치.