KR100620288B1 - A Vacuum Floating Structure By The Gap Pillar And A Method Of Forming Vacuum Floating Structure By The Gap Pillar - Google Patents

A Vacuum Floating Structure By The Gap Pillar And A Method Of Forming Vacuum Floating Structure By The Gap Pillar Download PDF

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Abstract

개시된 본 발명에 의한 갭 필러를 이용한 진공 부유 구조체는, 제1웨이퍼; 상기 제1웨이퍼의 하측에 일정간격 떨어져 설치된 제1캡; 상기 제1웨이퍼의 상측에 일정간격 떨어져 설치된 제2캡; 및 상기 제1웨이퍼와 상기 제1캡 사이와, 상기 제1웨이퍼와 상기 제2캡 사이에 설치된 복수개의 갭 필러(Gap Pillar);를 포함하며, 상기 갭 필러(Gap Pillar)에 의해 상기 간격이 조절되는 것을 특징으로 한다.Vacuum floating structure using the gap filler according to the present invention, the first wafer; A first cap spaced apart from the first wafer at a predetermined interval; A second cap installed at a predetermined interval on an upper side of the first wafer; And a plurality of gap pillars disposed between the first wafer and the first cap and between the first wafer and the second cap, wherein the gap is defined by the gap pillar. It is characterized by being adjusted.

마이크로 자이로스코트, 진공 부유 구조체, 갭 필러, 부유부재Micro Gyrose Coat, Vacuum Floating Structure, Gap Filler, Floating Material

Description

갭 필러를 이용한 진공 부유 구조체 및 이의 형성방법{A Vacuum Floating Structure By The Gap Pillar And A Method Of Forming Vacuum Floating Structure By The Gap Pillar}Vacuum Floating Structure By The Gap Pillar And A Method Of Forming Vacuum Floating Structure By The Gap Pillar}

도 1a 내지 1e는 종래 진공 부유 구조체 형성 공정도,1a to 1e is a conventional vacuum floating structure forming process chart,

도 2a 내지 2d는 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 부유 구조체 형성 공정도이다.2A to 2D are flowcharts of forming a vacuum floating structure according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공 부유 구조체 형성 공정을 나타낸 흐름도이다.3 is a flow chart showing a vacuum floating structure forming process according to an embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

110..제1웨이퍼 120..제1캡110. First wafer 120. First cap

130..갭 필러 140..제2캡130..Gap Filler 140..Second Cap

S5,S6..하부공간 S7,S8..상부공간S5, S6 .. Lower space S7, S8 .. Upper space

151,152..금속막 161,162..게터      151,152 ... metal film 161,162 ... getter

210,220..부유부재      210,220..Floating member

본 발명은 마이크로 자이로스코프 또는 마이크로 가속도센서를 제조하기 위한 부유 구조체 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a floating structure forming method for manufacturing a micro gyroscope or micro acceleration sensor.

최근, 자이로스코프 또는 가속도센서에 대한 소형화, 고감도화 및 저가격화를 이룰 수 있는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술을 이용한 마이크로 자이로스코프 또는 마이크로 가속도센서가 개발되어 자동차, 가전제품, 정보통신등에 폭넓게 이용되고 있다.Recently, micro gyroscopes or micro accelerometers have been developed using MEMS (Micro Electro Mechanical System) technology, which can achieve miniaturization, high sensitivity, and low price of gyroscopes or acceleration sensors, and are widely used in automobiles, home appliances, and information communication. It is becoming.

일 예로, 마이크로 자이로스코프는 진공 부유 구조체내 형성된 위 아래 운동이 가능한 부유부재를 좌우방향의 정전력(electrostatic force)으로 구동한 상태에서, 회전이 가해지면 코리올리 힘(Coriolis force)에 의해 부유부재가 위 아래 방향으로 진동하고, 이때 센서회로는 정전용량으로 변화된 진동의 크기를 검출하는 방식으로 회전방향과 크기를 감지한다. 참고적으로, 이러한 부유부재는 한쪽 부분이 기판으로부터 띄어져 있는 캔티레버와 양단을 제외한 가운데 부분을 기판으로부터 띄워서 공간을 형성한 브릿지 등으로 구성된다. 따라서, 이러한 부유부재가 형성된 진공 부유 구조체를 어떻게 형성하는냐에 따라 마이크로 자이로스코프의 성능이 좌우된다.For example, the micro gyroscope is driven by the electrostatic force in the left and right direction while the floating member formed in the vacuum floating structure is driven with the electrostatic force in the left and right directions, and when the rotating member is applied, the floating member is moved by the Coriolis force. Vibrating in the up and down direction, the sensor circuit detects the rotation direction and magnitude in a manner to detect the magnitude of the vibration changed by the capacitance. For reference, the floating member is composed of a cantilever in which one portion is lifted from the substrate and a bridge in which a center portion is lifted from the substrate to form a space, except for both ends. Therefore, the performance of the micro gyroscope depends on how to form the vacuum floating structure in which such floating members are formed.

한편, 이러한 진공 부유 구조체를 형성하기 위하여 종래에는 다음과 같은 방법이 사용되었다.On the other hand, the following method has been conventionally used to form such a vacuum floating structure.

도 1a를 참조하면, 제1단계로 상부캡(9)의 하면에 틈(9a)(9b)를 에칭(etching)작업을 통해 형성한다.Referring to FIG. 1A, the gaps 9a and 9b are formed on the bottom surface of the upper cap 9 by etching.

도 1b를 참조하면, 제2단계로 상부캡(9)을 SOI(Sillicon On Insulator) 웨이 퍼(10)에 본딩한다. 참고적으로, SOI 웨이퍼(10)란 제1 및 제2웨이퍼(11)(12) 사이에 소정 두께의 산화막(13)이 개재된 고가(高價)의 웨이퍼이다.Referring to FIG. 1B, the upper cap 9 is bonded to the SOI (Sillicon On Insulator) wafer 10 in a second step. For reference, the SOI wafer 10 is an expensive wafer in which an oxide film 13 having a predetermined thickness is interposed between the first and second wafers 11 and 12.

도 1c를 참조하면, 제3단계로 제2웨이퍼(12, 도 1b참조)를 에칭(etching)작업을 통해 제거하고, 산화막(13, 도 1b참조)을 스트립(Strip)작업을 통해 제거한다.Referring to FIG. 1C, in a third step, the second wafer 12 (see FIG. 1B) is removed by etching, and the oxide film 13 (see FIG. 1B) is removed by stripping.

도 1d를 참조하면, 제4단계로 제1웨이퍼(11)에 진공 부유 구조체(21)(22)를 실리콘(Si) Deep RIE(Reactive Lion Etching)로 형성한다.Referring to FIG. 1D, in the fourth step, vacuum floating structures 21 and 22 are formed on the first wafer 11 by silicon (Si) deep reactive etching (RIE).

도 1e를 참조하면, 제5단계로 틈(15a)(15b)상에 게터(getter)(31)(32)가 장착된 하부캡(15)을 제1웨이퍼(11)에 본딩한다. 이렇게 함으로서 진공 부유 구조체(20)가 움직일 수 있는 상부공간(S1)(S2)과 하부공간(S3)(S4)이 형성된다.Referring to FIG. 1E, the lower cap 15 having the getters 31 and 32 mounted on the gaps 15a and 15b is bonded to the first wafer 11 in a fifth step. By doing so, the upper spaces S1 and S2 and the lower spaces S3 and S4 through which the vacuum floating structure 20 can move are formed.

그러나, 상술한 바와 같은 종래 진공 부유 구조체 형성 공정은 다음과 같은 문제점이 있어 개선이 요구되어 진다.However, the above-described vacuum floating structure forming process as described above has the following problems and needs improvement.

첫째, 고가의 SOI 웨이퍼(10, 도 1b참조)를 사용하기 때문에 제조비용이 높아진다.First, manufacturing costs are high because expensive SOI wafers 10 (see FIG. 1B) are used.

둘째, 상부캡(9)과 하부캡(15)에 이미 형성된 틈(9a,9b,15a,15b)을 통해 부유부재(21)(22)가 움직일 수 있는 상부공간(S1)(S2)과 하부공간(S3)(S4)이 미리 형성되기 때문에, 공간의 깊이(H1, 도 1e참조)를 추후에 다시 조절하기가 쉽지 않다.Second, the upper space (S1) (S2) and the lower portion that the floating member (21) 22 can move through the gaps (9a, 9b, 15a, 15b) already formed in the upper cap (9) and the lower cap (15) Since the spaces S3 and S4 are formed in advance, it is not easy to adjust the depth of the space H1 (see FIG. 1E) later.

셋째, 부유부재(21)(22)의 하부에 위치한 상부캡 부분에 식각이온이 충전되어 이온이 반사됨으로서, 부유부재(21)(22)에 노치(Notch)가 발생될 수 있다.Third, the etch ions are filled in the upper cap portion positioned below the floating members 21 and 22 to reflect the ions, so that notches may be generated in the floating members 21 and 22.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로, 제조 비용이 절감된 진공 부유 구조체 및 이의 형성방법을 제공하는데 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a vacuum floating structure and a method for forming the same having reduced manufacturing costs.

본 발명의 다른 목적은, 진공 부유 구조체가 움직일 수 있는 공간의 깊이 조절이 용이한 진공 부유 구조체 및 이의 형성방법을 제공하는데 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a vacuum floating structure and a method of forming the same, which can easily control the depth of a space in which the vacuum floating structure can move.

본 발명의 또 다른 목적은, 노치(Notch)의 발생이 방지된 진공 부유 구조체 및 이의 형성방법을 제공하는데 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a vacuum floating structure in which the generation of notches is prevented and a method of forming the same.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 갭 필러를 이용한 진공 부유 구조체는, 제1웨이퍼; 상기 제1웨이퍼의 하측에 일정간격 떨어져 설치된 제1캡; 상기 제1웨이퍼의 상측에 일정간격 떨어져 설치된 제2캡; 및 상기 제1웨이퍼와 상기 제1캡 사이와, 상기 제1웨이퍼와 상기 제2캡 사이에 설치된 복수개의 갭 필러(Gap Pillar);를 포함하며, 상기 갭 필러(Gap Pillar)에 의해 상기 간격이 조절되는 것을 특징으로 한다.Vacuum floating structure using a gap filler according to the present invention for achieving the above object, the first wafer; A first cap spaced apart from the first wafer at a predetermined interval; A second cap installed at a predetermined interval on an upper side of the first wafer; And a plurality of gap pillars disposed between the first wafer and the first cap and between the first wafer and the second cap, wherein the gap is defined by the gap pillar. It is characterized by being adjusted.

여기서, 상기 제1웨이퍼는, 실리콘 웨이퍼인 것이 바람직하다. 그리고, 상기 갭 필러는, SiO2재질로 형성되거나 금속재질로 형성된 것이 바람직하다. 그리고, 상기 제1캡에는 금속막이 설치된 것이 바람직하다.The first wafer is preferably a silicon wafer. In addition, the gap filler is preferably formed of SiO 2 material or metal material. In addition, the first cap is preferably provided with a metal film.

또한, 본 발명의 목적은 a) 갭 필러(Gap Pillar)의 일면은 제1웨이퍼에 본딩하고, 타면은 제1캡에 본딩하여, 상기 제1웨이퍼와 상기 제1캡 사이에 틈을 형성하는 단계; b) 상기 제1웨이퍼를 일정 두께로 가공하는 단계; c) 상기 제1웨이퍼에 부유부재를 형성하는 단계; d) 갭 필러(Gap Pillar)의 일면은 제1웨이퍼에 본딩하고, 타면은 제2캡에 본딩하여, 상기 제1웨이퍼와 상기 제2캡 사이에 틈을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 갭 필러를 이용한 진공 부유 구조체 형성방법에 의해 달성된다.In addition, an object of the present invention is a) bonding one surface of the gap pillar (Gap Pillar) to the first wafer, the other surface is bonded to the first cap, forming a gap between the first wafer and the first cap ; b) processing the first wafer to a predetermined thickness; c) forming a floating member on the first wafer; d) bonding one surface of a gap pillar to a first wafer and bonding the other surface to a second cap to form a gap between the first wafer and the second cap; It is achieved by a vacuum floating structure forming method using a gap filler.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 갭 필러를 이용한 진공 부유 구조체 및 이의 형성방법을 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a vacuum floating structure using a gap filler and a method of forming the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2a, 도 2b 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 갭 필러를 이용한 진공 부유 구조체를 형성하는 첫번째 단계는 갭 필러(Gap Pillar)(130)의 일면은 제1웨이퍼(110)에 본딩하고, 타면은 제1캡(120)에 본딩하여, 제1웨이퍼(110)와 제1캡(120) 사이에 틈을 형성하는 단계이다. 이렇게 함으로서 부유부재(210)(220)가 움직일 수 있는 하부공간(S5)(S6)이 형성된다. 이때 사용되는 제1웨이퍼(110)는 고가의 SOI(Silicon On Insulator)웨이퍼가 아닌 저가의 실리콘 웨이퍼이다. 따라서, 재료비를 절감할 수 있다.2A, 2B and 3, the first step of forming the vacuum floating structure using the gap filler according to the present embodiment is bonding one surface of the gap pillar 130 to the first wafer 110. The other surface is bonded to the first cap 120 to form a gap between the first wafer 110 and the first cap 120. By doing so, the lower spaces S5 and S6 through which the floating members 210 and 220 can move are formed. The first wafer 110 used here is a low-cost silicon wafer rather than an expensive silicon on insulator (SOI) wafer. Therefore, the material cost can be reduced.

그리고, 제1캡(120)에는 금속막(151)(152)이 설치되며, 구체적인 위치는 부유부재(210)(220)가 형성되는 부분의 하측이다. 이러한 금속막(151)(152)으로 인해 부유부재(210)(220)를 형성하기 위해 제1웨이퍼(110)를 식각하더라도, 제1캡(120)은 식각되지 않는다. 즉, 금속막(151)(152)이 식각의 장벽 역할을 한다. 또한 이온이 반사되는 것을 막아주기 때문에 부유부재(210)(220)에 노치(Notch)가 발생되는 것이 방지된다.(ST1)In addition, the first cap 120 is provided with a metal film 151, 152, the specific position is the lower side of the portion where the floating member (210, 220) is formed. Due to the metal layers 151 and 152, the first cap 120 is not etched even when the first wafer 110 is etched to form the floating members 210 and 220. That is, the metal films 151 and 152 serve as a barrier for etching. In addition, since the ions are prevented from being reflected, notches are prevented from being generated in the floating members 210 and 220. (ST1)

도 2c 및 도 3을 참조하면, 두번째 단계는 제1웨이퍼(110)를 원하는 두께의 부유부재(210)(220)가 형성될 수 있는 멤브레인(Membrane)으로 가공하는 단계이다. 구체적으로 랩핑(Lapping) 공정과 CMP(Chemical Mechanical Polishing)공정을 사용하여 제1웨이퍼(110)를 두께가 H2인 멤브레인(Membrane)으로 만든다. 이러한 두께(H2)는 대략 40㎛정도이다.(ST2)2C and 3, the second step is to process the first wafer 110 into a membrane in which floating members 210 and 220 of a desired thickness can be formed. Specifically, the first wafer 110 is formed into a membrane having a thickness of H2 by using a lapping process and a chemical mechanical polishing (CMP) process. This thickness H2 is approximately 40 mu m. (ST2)

세번째 단계는 제1웨이퍼(110)에 부유부재(210)(220)를 형성하는 단계이다. 이러한 부유부재(210)(220)는 제1웨이퍼(110)의 해당부분을 포토리소그라피 공정을 통하여, 예컨대 도면에서와 같은 다수의 전극 형태로 패터닝한다. 그런 다음 패터닝된 포토레지스터를 마스크로, 그리고, 제1캡(120)에 설치된 금속막(151)(152)을 식각의 장벽으로 하여 실리콘(Si) Deep RIE(Reactive Lion Etching)을 실시한다. 이때 금속막(151)(152)이 식각의 장벽으로 사용되므로, 이온의 반사가 일어나지 않아 노치(Notch)의 발생이 방지된다.(ST3)The third step is to form the floating member (210, 220) on the first wafer (110). The floating members 210 and 220 pattern a corresponding portion of the first wafer 110 through a photolithography process, for example, in the form of a plurality of electrodes as shown in the drawing. Then, silicon (Si) Deep RIE (Reactive Lion Etching) is performed using the patterned photoresist as a mask and the metal layers 151 and 152 provided on the first cap 120 as an etching barrier. At this time, since the metal films 151 and 152 are used as an etch barrier, reflection of ions does not occur and generation of notches is prevented. (ST3)

도 2d 및 도 3을 참조하면, 네번째 단계는 갭 필러(Gap Pillar)(130)의 일면은 제1웨이퍼(110)에 본딩하고, 타면은 제2캡(140)에 본딩하여, 제1웨이퍼(110)와 제2캡(140) 사이에 틈을 형성하는 단계이다. 이렇게 함으로서 부유부재(210)(220)이 움직일 수 있는 상부공간(S7)(S8)이 형성된다.(ST4)2D and 3, in a fourth step, one surface of the gap pillar 130 is bonded to the first wafer 110, and the other surface of the gap pillar 130 is bonded to the second cap 140. It is a step of forming a gap between the 110 and the second cap 140. By doing so, the upper spaces S7 and S8 through which the floating members 210 and 220 can move are formed. (ST4)

이때, 하부공간(S5)(S6)과 상부공간(S7)(S8)은 진공상태로 밀봉되며, 이러한 진공상태를 유지하기 위하여 불순물을 제거하는 게터(Getter)(161)(162)가 제2캡(140)에 장착된다. 이러한 진공상태와 게터로 인해 작은 전압으로도 부유부재(210)(220)가 하부공간(S5)(S6)과 상부공간(S7)(S8)에서 구동될 수 있다.At this time, the lower space (S5), and the upper space (S7) (S8) is sealed in a vacuum state, the getter (161, 162) for removing impurities in order to maintain such a vacuum state is a second It is mounted to the cap 140. Due to the vacuum and the getter, the floating members 210 and 220 may be driven in the lower spaces S5 and S6 and the upper space S7 and S8 even with a small voltage.

한편, 이러한 갭 필러(130)는 SiO2재질 또는 Al이나 Pb등과 같은 금속재질로 형성되며, 제1캡(120)과 제2캡(140)은 유리재질로 형성된다. 그리고, 이러한 갭 필러(130)로 인해 부유부재(210)(220)가 움직일 수 있는 공간의 깊이(H3)가 용이하게 조절된다. 참고적으로 이러한 깊이(H3)는 대략 2㎛ 내지 10㎛이다.Meanwhile, the gap filler 130 is formed of a SiO 2 material or a metal material such as Al or Pb, and the first cap 120 and the second cap 140 are formed of a glass material. And, because of the gap filler 130, the depth (H3) of the space in which the floating member (210, 220) can move is easily adjusted. For reference, this depth H3 is approximately 2 μm to 10 μm.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 일 실시예 따른 갭 필러를 이용한 진공 부유 구조체 형성방법에 따르면,According to the vacuum floating structure forming method using a gap filler according to an embodiment of the present invention as described above,

첫째, 진공 부유 구조체를 형성하기 위하여 고가의 SOI 웨이퍼 대신 실리콘웨이퍼를 사용하기 때문에 재료비를 줄일 수 있다.First, material costs can be reduced because silicon wafers are used instead of expensive SOI wafers to form vacuum floating structures.

둘째, 부유부재가 움직일 수 있는 공간의 깊이가 갭 필러로 조정될 수 있어, 공간의 깊이가 보다 용이하게 조절될 수 있다.Second, the depth of the space in which the floating member can move can be adjusted with a gap filler, so that the depth of the space can be adjusted more easily.

셋째, 하부공간내에 금속막으로 인해 식각 이온이 충전되지 않는다. 따라서, 이온의 반사가 일어나지 않아, 반사된 이온으로 인해 부유부재에 노치(Notch)가 발생하지 않는다.Third, etch ions are not charged in the lower space due to the metal film. Therefore, the reflection of the ions does not occur, and notches are not generated in the floating member due to the reflected ions.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그와 같은 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물 들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.While the invention has been shown and described in connection with the preferred embodiments for illustrating the principles of the invention, the invention is not limited to the construction and operation as shown and described. Rather, those skilled in the art will appreciate that many modifications and variations of the present invention are possible without departing from the spirit and scope of the appended claims. Accordingly, all such suitable changes, modifications, and equivalents should be considered to be within the scope of the present invention.

Claims (6)

제1웨이퍼;A first wafer; 상기 제1웨이퍼의 하측에 일정간격 떨어져 설치되며, 금속막을 구비하는 제1캡; A first cap disposed below the first wafer at a predetermined interval and having a metal film; 상기 제1웨이퍼의 상측에 일정간격 떨어져 설치된 제2캡; 및A second cap installed at a predetermined interval on an upper side of the first wafer; And 상기 제1웨이퍼와 상기 제1캡 사이와, 상기 제1웨이퍼와 상기 제2캡 사이에 설치된 복수개의 갭 필러(Gap Pillar);를 포함하며,And a plurality of gap pillars disposed between the first wafer and the first cap and between the first wafer and the second cap. 상기 갭 필러(Gap Pillar)에 의해 상기 간격이 조절되는 것을 특징으로 하는 갭 필러를 이용한 진공 부유 구조체.The vacuum floating structure using a gap filler, characterized in that the gap is controlled by the gap pillar (Gap Pillar). 제 1 항에 있어서, 상기 제1웨이퍼는,The method of claim 1, wherein the first wafer, 실리콘 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 갭 필러를 이용한 진공 부유 구조체.A vacuum floating structure using a gap filler, which is a silicon wafer. 제 1 항에 있어서, 상기 갭 필러는,The method of claim 1, wherein the gap filler, SiO2재질로 형성된 것을 특징으로 하는 갭 필러를 이용한 진공 부유 구조체.Vacuum floating structure using a gap filler, characterized in that formed of SiO 2 material. 제 1 항에 있어서, 상기 갭 필러는,The method of claim 1, wherein the gap filler, 금속재질로 형성된 것을 특징으로 하는 갭 필러를 이용한 진공 부유 구조체.Vacuum floating structure using a gap filler, characterized in that formed of a metal material. 삭제delete a) 갭 필러(Gap Pillar)의 일면은 제1웨이퍼에 본딩하고, 타면은 제1캡에 본딩하여, 상기 제1웨이퍼와 상기 제1캡 사이에 틈을 형성하는 단계;a) bonding one surface of a gap pillar to a first wafer and bonding the other surface to a first cap to form a gap between the first wafer and the first cap; b) 상기 제1웨이퍼를 일정 두께로 가공하는 단계;b) processing the first wafer to a predetermined thickness; c) 상기 제1웨이퍼에 부유부재를 형성하는 단계;c) forming a floating member on the first wafer; d) 갭 필러(Gap Pillar)의 일면은 제1웨이퍼에 본딩하고, 타면은 제2캡에 본딩하여, 상기 제1웨이퍼와 상기 제2캡 사이에 틈을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 갭 필러를 이용한 진공 부유 구조체 형성방법.d) bonding one surface of a gap pillar to a first wafer and bonding the other surface to a second cap to form a gap between the first wafer and the second cap; Vacuum floating structure formation method using a gap filler.
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