KR100355385B1 - 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크 및 이를 이용한 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크 및 이를 이용한 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법은 센서 구조물의 질량이 작으면 가속도에 대한 변위가 작아져서 가속도 감지 능력이 감소되는 것을 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 이용하여 비중이 높은 금속을 증착하여 센서 구조물의 질량을 증가시킴으로써, 가속도에 대한 센서 구조물의 변위를 증가시켜 감도를 향상시킨다. 또한, 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크 제작 방법은 실리콘 웨이퍼를 이방성 식각법으로 식각하여 정렬 패턴 및 금속을 증착할 패턴을 만들어 타겟 웨이퍼의 가속도 센서 구조물에 비중이 높은 금속을 용이하게 증착할 수 있는 잇점이 있다. 이와 같이, 본 발명은 마이크로머시닝 기술을 이용하여 저가격으로 대량 생산될 수 있다.

Description

실리콘 웨이퍼 새도우 마스크 및 이를 이용한 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법

본 발명은 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크 및 이를 이용한 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법에 관한 것이다.

가속도 센서는 이미 오래전부터 주로 군수용품 특히 미사일이나 선박, 항공기 등에서 항법 장치용 핵심 부품으로 널리 사용되어 왔고, 현재는 자동차의 항법 장치등 민수용으로 사용 영역이 확대되고 있다. 그러나, 종래의 군사용이나 항공기용으로 사용되는 가속도계는 수 만 개의 부품이 정밀 가공 및 조립 공정 등을 통하여 제작되는 정밀한 성능을 갖는 부품이었으나, 제작 비용이 많이들고 부피가 큰 대형의 구조를 지니고 있었으므로, 일반 산업용이나 민생용 제품에 적용되기에는 적합하지 못한 것이었다.

이와 같은 가속도 센서의 단점들을 개선하기 위하여 세계 각국에서는 최신 기술로 대두되고 있는 초정밀 가공 기술(micro-machining technology)을 활용하여 보다 경제적이고 정밀한 소형의 가속도 센서를 개발하려는 노력을 경주하고 있는 실정이다.

통상적으로 가속도 센서는 제1축 방향으로 가속도를 받고 있을 때 반대 방향으로의 구조물 변위를 측정함으로서 가속도를 검출한다. 이때 변위는 센서 구조물의 질량에 비례하므로 질량을 증가시킴으로써 가속도에 대한 감도를 증가시킬 수 있다. 센서 구조물의 질량을 증가시키기 위해서는 센서 구조물의 증착 두께를 높이는 방법이 많이 응용되고 있다. 그러나 구조물 패턴후 측면 방향 식각시 식각 시간이 많이 걸리고 정밀도가 떨어지므로 가속도 센서의 감도를 저하시킬 뿐 아니라 대량 생산이 어려운 문제점이 있다.

그리고, 금속 새도우 마스크를 사용하여 구조물의 질량을 증가시킬 수도 있으나 표준 반도체 공정이 아니므로 대량 생산에 애로가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안된 것으로, 가속도에 대한 구조물의 변위를 증가시켜 감도가 향상되도록 가속도 센서 구조물의 질량을 증가시키는 방법 및 이에 사용되는 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 가속도 센서 구조물의 질량을 증가시키는 방법을 설명하기 위한 개략적인 설명도이고,

도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 다른 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크의 재작 단계별 공정후의 수직 단면도이며,

그리고 도 3은 정렬시 타겟 웨이퍼의 손상을 방지하기 위하여 제작된 도 2의 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크의 완성된 후의 수직 단면도이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1. 타겟 웨이퍼 2. 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크

3. 타겟 웨이퍼의 정렬용 패턴 4. 가속도 센서 구조물

5. 새도우 마스크의 정렬용 패턴 6. 금속 증착용 패턴

7. 에칭용 마스크 8. 포토레지스트

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 이용한 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법은, 타겟 웨이퍼 상에 제1정렬용 패턴과 함께 형성된 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법에 있어서, 상기 제 1정렬용 패턴에 대응하는 제2정렬용 패턴 및 상기 가속도 센서 구조물에 증착되는 금속 증기를 통과시키는 금속 증착용 패턴을 갖는 실리콘 웨이퍼 새도우마스크를 형성하는 단계; 상기 제1정렬용 패턴과 상기 제2정렬용 패턴이 결합되도록 상기 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 상기 타겟 웨이퍼 상에 정렬하는 단계; 및 상기 금속 증착용 패턴을 통하여 상기 가속도 센서 구조물 상에 금속을 증착 시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼 새도우마스크를 형성하는 단계는, 패턴을 형성하지 않은 실리콘 웨이퍼의 양면에 에칭 마스크용 실리콘 나이트라이드를 증착하거나 열 산화물을 성장시키는 서브 단계; 상기 실리콘 나이트라이드 혹은 열 산화물 상에 포토레지스트를 도포하는 서브 단계; 상기 포토레지스트를 패터닝하는서브 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 리액티브 이온 에칭법으로 상기 실리콘 나이트라이드 혹은 열 산화물을 패터닝하고 포토레지스트를 현상시켜 에칭용 마스크를 형성하는 서브 단계; 상기 에칭용 마스크를 이용하여 EDP 혹은 KOH 용액으로 상기 실리콘 웨이퍼를 이방성 식각하여 정렬 패턴 및 금속 증기가 통과할 수 있는 패턴을 형성하는 서브 단계; 및 상기 에칭용 마스크를 식각하여 제거하는 단계;를 포함하며, 상기 실리콘 웨이퍼는 그 평면과 수직으로 식각하기 위하여 (111) 실리콘 웨이퍼를 사용하는 것이 바람직하다.

또한 본 발명에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크와 상기 타겟 웨이퍼의 정렬시 발생할 수 있는 상기 타겟 웨이퍼의 손상을 최소화할 수 있도록 이방성 식각을 통하여 상기 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 미리 요철 형태로 만드는 단계;를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 가속도 센서 구조물 질량 증가용 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크는, 타겟 웨이퍼 상에 제1정렬용 패턴과 함께 형성된 가속도 센서 구조물의 질량 증가시키기 위한 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크에 있어서, 상기 제1정렬용 패턴에 대응하는 제2정렬용 패턴; 및 상기 가속도 센서 구조물에 증착되는 금속 증기를 통과시키는 금속 증착용 패턴;을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크는 상기 가속도 센서 구조물의 손상을 방지하기 위한 요철부분이 그 바닥에 형성된 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법 및 그에 사용되는 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법은 실리콘 웨이퍼를 이방성 식각법으로 식각하여 정렬용 구멍(패턴) 및 금속이 증착될 부분에 구멍(패턴)을 형성하여 새도우 마스크를 만들고, 이 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 정렬용 패턴과 가속도 센서 구조물이 형성된 타겟 웨이퍼와 정렬한 후 금속 증착하여 구조물의 질량을 증가시켜서, 가속도에 대한 가속도 센서 구조물의 감도를 향상시킨다.

도 1은 본 발명에 따른 가속도 센서 구조물의 질량을 증가시키는 방법을 설명하기 위한 개략적인 설명도로서, 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크(2)를 가속도 센서 구조물(4)이 형성된 타겟 웨이퍼(1)와 정렬한 후 금속 증착을 실시하는 모습을 개략적으로 나타내고 있다. 여기서, 부재번호 1번은 구조물 식각 및 정렬 패턴 형성을 마친 타겟 웨이퍼이고, 부재번호 2번은 금속 증착 및 정렬을 하기 위한 부분을 패터닝한 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크이다. 부재번호 3번은 정렬을 위한 타겟 웨이퍼의 정렬 패턴이다. 도시된 바와 같이, 타겟 웨이퍼(1) 및 실리콘 웨잎 새도우 마스크(2)를 정렬 패턴(3)과 정렬 패턴(5)을 이용하여 정렬한 후, 증착 구멍(패턴; 6)을 통하여 가속도 센서 구조물(4)에 비중이 높은 금속을 증착하여 질량을 증가시킨다.

도 2a 내지 도 2g는 본 발명에 따른 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크의 재작 단계별 공정후의 수직 단면도이다. 도시된 바와 같이, 먼저 도 2a에 도시된 바와 같이, 패턴이 형성되지 않은 새도우 마스크용 실리콘 웨이퍼(1')를 준비한다. 다음에, 도 2b에 도시된 바와 같이, 에칭 마스크용으로 실리콘 나이트라이드(7')를 양면에 증착하거나 열 산화물(7')을 양면에 성장시킨다. 다음에, 도 2c에 도시된 바와 같이, 에칭 마스크를 패터닝하기 위한 포토레지스트(8')를 양면에 도포한다. 다음에, 도 2d에 도시된 바와 같이, 포토레지스트(8')를 패터닝하여 포토레지스트 패턴(8)을 형성한다. 다음에, 도 2e에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(8)을 이용하여 리액티브 이온 에칭(RIE; reactive ion etching)법으로 실리콘 나이트라이드 혹은 열 산화물(7')을 패터닝하여 에칭 마스크(7)를 형성하고, 포토레지스트 패턴(8)을 현상시킨다. 다음에 도 2f에 도시된 바와 같이, EDP 혹은 KOH 용액으로 실리콘 웨이퍼를 이방성 식각하여 정렬 패턴(5) 및 금속이 통과할 수 있는 부분(6; 패턴)을 형성한다. 이 때 새도우 마스크의 평면과 수직으로 식각하기 위하여 (111) 실리콘 웨이퍼를 사용한다. 다음에, 도 2g에 도시된 바와 같이, 에칭 마스크(7)를 제거하여 타겟 웨이퍼와 정렬할 수 있는 새도우 마스크를 완성한다.

특히, 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크 제조 공정시, 도 3에 도시된 바와 같은 요철부를 새도우 마스크의 일면에 형성하여 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크와 타겟 웨이퍼의 정렬시 발생할 수 있는 타겟 웨이퍼의 손상을 최소화할 수 있도록 한다. 요철부는 이방성 식각을 통하여 실리콘 웨이퍼를 미리 식각하여 요철 형태로 만든다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법은 센서 구조물의 질량이 작으면 가속도에 대한 변위가 작아져서 가속도 감지 능력이 감소되는 것을 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 이용하여 비중이 높은 금속을증착하여 센서 구조물의 질량을 증가시킴으로써, 가속도에 대한 센서 구조물의 변위를 증가시켜 감도를 향상시킨다. 또한, 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크 제작 방법은 실리콘 웨이퍼를 이방성 식각법으로 식각하여 정렬 패턴 및 금속을 증착할 패턴을 만들어 타겟 웨이퍼의 가속도 센서 구조물에 비중이 높은 금속을 용이하게 증착할 수 있는 잇점이 있다. 이와 같이, 본 발명은 마이크로머시닝 기술을 이용하여 저가격으로 대량 생산될 수 있다.

또한, 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크에 이방성 식각법으로 미리 요철 형태의 구조를 만들어 둠으로써 새도우 마스크 및 타겟 웨이퍼를 정렬할 때 발생하는 손상을 미연에 방지할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (6)

1. 타겟 웨이퍼 상에 제1정렬용 패턴과 함께 형성된 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법에 있어서,

   상기 제1정렬용 패턴에 대응하는 제2정렬용 패턴 및 상기 가속도 센서 구조물에 증착되는 금속 증기를 통과시키는 금속 증착용 패턴을 갖는 실리콘 웨이퍼 새도우마스크를 형성하는 단계;

   상기 제1정렬용 패턴과 상기 제2정렬용 패턴이 결합되도록 상기 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 상기 타겟 웨이퍼 상에 정렬하는 단계; 및

   상기 금속 증착용 패턴을 통하여 상기 가속도 센서 구조물 상에 금속을 증착시키는 단계;를

   포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 이용한 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 실리콘 웨이퍼 새도우마스크를 형성하는 단계는,

   패턴을 형성하지 않은 실리콘 웨이퍼의 양면에 에칭 마스크용 실리콘 나이트라이드를 증착하거나 열 산화물을 성장시키는 서브 단계;

   상기 실리콘 나이트라이드 혹은 열 산화물 상에 포토레지스트를 도포하는 서브 단계;

   상기 포토레지스트를 패터닝하는 서브 단계;

   상기 포토레지스트 패턴을 이용하여 리액티브 이온 에칭법으로 상기 실리콘 나이트라이드 혹은 열 산화물을 패터닝하고 포토레지스트를 현상시켜 에칭용 마스크를 형성하는 서브 단계;

   상기 에칭용 마스크를 이용하여 EDP 혹은 KOH 용액으로 상기 실리콘 웨이퍼를 이방성 식각하여 정렬 패턴 및 금속 증기가 통과할 수 있는 패턴을 형성하는 서브 단계; 및

   상기 에칭용 마스크를 식각하여 제거하는 단계;를

   포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 이용한 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 실리콘 웨이퍼는 그 평면과 수직으로 식각하기 위하여 (111) 실리콘 웨이퍼를 사용하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 이용한 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법.
4. 제2항에 있어서,

   상기 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크와 상기 타겟 웨이퍼의 정렬시 발생할 수 있는 상기 타겟 웨이퍼의 손상을 최소화할 수 있도록 이방성 식각을 통하여 상기 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 미리 요철 형태로 만드는 단계;를

   더 포함하는 것을 특징으로 하는 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크를 이용한 가속도 센서 구조물의 질량 증가 방법.
5. 타겟 웨이퍼 상에 제1정렬용 패턴과 함께 형성된 가속도 센서 구조물의 질량 증가시키기 위한 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크에 있어서,

   상기 제1정렬용 패턴에 대응하는 제2정렬용 패턴; 및

   상기 가속도 센서 구조물에 증착되는 금속 증기를 통과시키는 금속 증착용 패턴;을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 가속도 센서 구조물 질량 증가용 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크.
6. 제5항에 있어서,

   상기 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크는 상기 가속도 센서 구조물의 손상을 방지하기 위한 요철부분이 그 바닥에 형성된 것을 특징으로 하는 가속도 센서 구조물 질량 증가용 실리콘 웨이퍼 새도우 마스크.