KR100630916B1 - 진동 구조체 자이로스코프의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 실리콘인 실질적으로 평면 링 진동 구조체(1), 상기 진동 구조체(1)에 구동 동작을 제공하고 그 동작을 감지하는 용량 수단, 및 상기 용량 수단을 둘러싸고 있는 스크린층(15)을 갖는 진동 구조체 자이로스코프는, 유리 또는 실리콘 기판(7) 상에 포토레지스트 물질(9)을 퇴적하고, 상기 기판(7)의 영역이 노출되도록 상기 포토레지스트(9)를 경화, 패턴화 및 현상하고, 상기 노출 영역을 그 내부에 공동(10)이 형성되도록 에칭하고, 임의의 잔여 포토레지스트 물질(9)을 벗겨 내고, 상기 공동이 형성된 기판(7)에 실리콘층(8)을 부착하고, 상기 알루미늄층 상에 포토레지스트 물질을 퇴적하고, 상기 알루미늄층의 영역이 노출되도록 상기 포토레지스트층을 경화, 패턴화 및 현상하고, 상기 실리콘층 상에 알루미늄 영역을 남겨 접합 패드(11, 12, 13, 14)를 제공하도록 상기 알루미늄층의 노출 영역을 에칭하고, 상기 알루미늄층으로부터 잔여의 포토레지스트를 벗겨 내고, 상기 실리콘층(8) 상의 상기 잔여의 퇴적된 알루미늄층 영역에 걸쳐 다른 포토레지스트 물질층을 퇴적하고, 상기 실리콘층(8)의 영역이 노출되도록 상기 포토레지스트 물질층을 경화, 패턴화 및 현상하고, 상기 실리콘층으로부터, 상기 공동(10) 상측의 허브(4)에 의하여 장착된 실질적으로 평면 링 진동 구조체(1)가 형성되도록 상기 실리콘층(8)의 노출 영역을 디프 반응 이온 에칭하여 제조된다.
평면 링 구조체 자이로스코프, 용량 수단, 스크린층, 실리콘층, 포토레지스트 물질, 공동, 접합 패드, 허브
Description
본 발명은 실리콘인 실질적으로 평면 링 진동 구조체 및 상기 진동 구조체에 구동 동작을 제공하고 그 동작을 감지하는 용량 수단을 갖는 진동 구조체 자이로스코프의 제조 방법에 관한 것이다. 이 제조 방법은 진동 구조체 자이로스코프를 미세 기계 가공(micromachining)에 의하여 제조하는데 특히 적합하다.
미세 기계 가공된 진동 구조체 자이로스코프는 저가로 대량 생산될 수 있다. 이 자이로스코프의 용도는 자동차 섀시 컨트롤, 항법장치 및 캠코더 안정화 등과 같은 새로운 상용화 영역으로 다양하게 확대되고 있다.
종래의 진동 구조체 자이로는 다양하게 설계된 공진기(resonator)를 사용하여 구성될 수 있다. 여기에는 진동 빔(vibrating beam), 소리굽쇠(tuning fork), 실린더, 반구형 셸(hemispherical shell) 및 링이 포함된다. 미세 기계 가공 공정 고유의 평면 성질 때문에, 이들 구조체 모두가 미세 가공하는데 적합하지는 않다. 웨이퍼 공정 기술은 웨이퍼 면에 높은 치수 공차 및 정렬 정확도를 제공한다. 링 구조체에 있어서 공진 동작 모두는 링의 평면에서 일어나므로 이들 치수가 장치의 성능에 가장 중요하다. 따라서 평면 링 구조체는 이들 방법을 사용하여 제조하는 데 특히 적합하며 다수의 설계가 공지되어 있다. 여기에는 용량적으로 구동 및 감지되는 장치가 추가로 설명되어 있는 EP-B-0619471, EP-A-0859219, EP-A-0461761 및 US-A-5547093에 기재된 유도적으로 구동 및 감지되는 장치가 포함된다.
전술한 유도 장치(inductive device)에서 공진기 구조체는 결정 실리콘 웨이퍼(crystalline Silicon wafer)로부터 에칭된다. 그러나, 여기에는 변환기 기능을 제공하기 위하여 자계를 가하는 것이 필요하다. 이것은 영구 자석 및 형상 극편(shaped pole piece)과 결합된 자기회로를 사용함으로써 자계가 용이하게 가해진다. 이들은 종래의 제조 기술을 사용하여 구성되어야 하며 후속해서 공진기 구조체에 조립하여 정확하게 정렬시키는 것이 필요하다. 이로써 장치의 소형화가 제한되어 제조 비용이 현저하게 고가로 된다.
EP-B-0619471에 기재된 장치도 또한 결정 실리콘 웨이퍼로부터 에칭되지만, 구동 및 픽-오프 변환기 구조체가 웨이퍼 처리 및 조립 기술을 사용하여 제조되어 미세하게 기계 가공되지 않은 추가의 구성품을 동작시킬 필요가 없다는 장점을 갖는다. 따라서 설계 및 제조 방법이 유도 장치보다 현저하게 소형인 치수의 장치에 적합하다. 이 설계는 반드시 별개로 처리되어 정확하게 정렬되어야 하는 3개의 접합된 웨이퍼 스택을 사용한다. 변환기 게인(gain), 즉 장치의 성능은 웨이퍼 사이에 형성된 공동(cavity)의 깊이에 좌우된다. 미세 가공 처리는 정확한 정렬 및 웨이퍼 평면의 공차를 제공하지만, 이 제3 축의 치수가 그렇게 정확하지 않게 제어되므로 장치의 특징이 필연적으로 변한다. 이 장치의 다른 단점은 제조 단계가 많고 양면 웨이퍼 처리를 필요로 한다는 점이다. 따라서, 이 설계는 자기 회로 구성품 을 제조 및 조립할 필요가 없는 장치의 소형화는 가능하지만, 복잡한 구조체로 인하여 제조 비용은 여전히 고가이다.
US 5547093에 기재된 장치 또한 웨이퍼 처리 기술을 사용하여 제조되며 소형으로 제조가능한 구동 및 픽-오프 변환기 구조체를 갖는다. 이 설계는 임계의 변환기 갭이 웨이퍼 평면 내에 있으므로 정확하게 제어된다는 장점을 추가로 갖는다. 그러나, 전술한 장치와 달리 이 경우의 공진기는 전기 주조 금속(electroformed metal)으로 구성된다. 결정 실리콘으로부터 에칭된 장치에서, 공진기가 형성된 재료의 기계적 성질은 제조 공정에 의하여 영향을 받지 않는다. 임의의 진동 구조체 자이로의 성능은 공진기의 기계적 성질의 본질 및 안정성에 크게 좌우된다. 결정 실리콘은 온도에 대하여 안정적인 공진 특징을 가진 높은 Q 진동을 유지할 수 있으므로 공진기 재료로서 이상적이다. 전기 주조 금속은 결정 실리콘의 거의 완전한 탄성 성질 및 균일성과 일치될 수 없다. 퇴적 공정 균일성을 최적으로 하기 위하여 치수를 일정하게 유지하는 것이 필요하다. 이것은 진동 구조체의 링 및 지지 다리의 폭을 동일하게 하고 공진기 치수 설계 융통성이 엄격하게 제한되는 것이 필요하다. 얻어진 구조체의 형태 특징은 공진기 지지 다리를 특징으로 하며, 가능한 장착감 문제를 제공하고 모드 균형 처리를 복잡하게 한다. 이 구조체의 제조는 장치의 웨이퍼 수율 및 제조 비용 양자 모두에 바람직하지 않게 영향을 미치는 수많은 공정 단계를 포함하는 복잡한 과정을 거치게 된다.
영국특허출원 제9817347.9호에 벌크 상태의 결정 실리콘으로 제조될 수 있는 용량적으로 구동 및 감지되는 링 진동 구조체 또는 공진기가 기재되어 있다. 이 구조체는 도 1의 평면도에 도시되어 있다.
이러한 자이로스코프를 정확도가 향상되는 한편 얻어진 진동 구조체에 실리콘의 기계적 성질을 확실하게 유지하도록 제조하는 방법이 요구되고 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실리콘인 실질적으로 평면 링 진동 구조체, 상기 진동 구조체에 구동 동작을 제공하고 그 동작을 감지하는 용량 수단, 및 상기 용량 수단을 둘러싸고 있는 스크린층을 갖는 진동 구조체 자이로스코프의 제조 방법을 제공하는 것으로서, 상기 방법은 플레이트형 유리 또는 실리콘 기판의 한쪽면 상에 제1 포토레지스트 물질층을 퇴적하고, 상기 기판의 선택 영역이 노출되도록 상기 제1 포토레지스트층을 경화, 패턴화 및 현상하고, 기판의 상기 노출 영역을 그 내부에 공동이 형성되도록 에칭하고, 상기 공동을 가진 기판으로부터 잔여의 제1 포토레지스트 물질층을 벗겨 내고, 상기 공동을 가진 기판의 한쪽면에 실리콘층을 부착하고, 상기 기판에 부착된 실리콘층으로부터 가장 멀리 떨어진 실리콘층의 표면 상에 알루미늄층을 퇴적하고, 상기 실리콘층에 대하여 알루미늄층의 가장 외측 표면 상에 제2 포토레지스트 물질층을 퇴적하고, 상기 알루미늄층의 선택 영역이 노출되도록 상기 제2 포토레지스트층을 경화, 패턴화 및 현상하고, 상기 실리콘층 상에 알루미늄 영역이 남겨지도록 스크린층을 접지하고, 상기 실리콘의 실질적으로 평면 링 진동 구조체를 전기적으로 접속하는 접합 패드－여기서 접합 패드는 용량 구동과 감지 수단의 접속점을 형성함－를 제공하도록 알루미늄층의 상기 노출 영역을 에칭하고, 상기 알루미늄층으로부터 잔여의 제2 포토레지스트층을 벗 겨 내고, 상기 실리콘층 상의 상기 잔여의 퇴적된 알루미늄층 영역에 걸쳐 제3 포토레지스트 물질층을 퇴적하고, 상기 실리콘층의 선택 영역이 노출되도록 상기 제3 포토레지스트 물질층을 경화, 패턴화 및 현상하고, 노출된 실리콘층의 선택 영역을 실리콘층으로부터 용량 구동 및 감지 수단, 상기 실리콘층으로부터 용량 구동 및 감지 수단, 둘러싸고 있는 스크린층 및 링 구조체가 제한없이 진동하도록 기판 공동 상측의 허브에 의하여 장착된 실질적으로 평면 링 진동 구조체를 형성하고, 상기 용량 구조체 및 감지 수단, 스크린층 및 링 진동 구조체가 서로 전기적으로 절연되도록 상기 노출된 실리콘층 선택 영역을 디프 반응 이온 에칭하는 것을 포함한다.
포토레지스트 물질은 스피닝(spinning)에 의하여 퇴적되고 베이킹(baking)에 의하여 경화되는 것이 바람직하다.
제1 포토레지스트층의 현상에 의하여 노출된 기판의 선택 영역이 등방성 습식 에칭 공정에 의하여 에칭되는 것이 편리하다.
기판은 실리콘층이 애노드 접합에 의하여 부착된 유리로 제조되는 것이 바람직하다.
또한 기판은 실리콘층이 융해 접합에 의하여 부착된 표면 산화층이 형성되도록 열적으로 산화된 실리콘으로 제조된다.
알루미늄층은 스퍼터링에 의하여 실리콘층에 부착되는 것이 편리하다.
알루미늄층의 노출 영역은 인산기 공정(phosphoric acid based process)에 의하여 에칭되는 것이 바람직하다.
본 발명의 이해를 돕고 그 실행 방법을 도시하기 위하여, 첨부 도면을 참조하여 예를 들어 설명한다.
도 1은 영국특허출원 제9817347.9호에 청구되고 설명된 바와 같은 본 발명에 따른 용량 구동 및 감지 링 진동 구조체 즉 공진기 자이로스코프의 평면개략도.
도 2는 도 1에 따른 자이로스코프를 제조하는 본 발명에 따른 방법의 제1 단계를 도시하는, 도 1의 선 A-A를 따라 절취된 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 방법의 다른 단계를 도시하는 도 2와 유사한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 또 다른 단계를 도시하는 도 2 및 도 3과 유사한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 방법의 또 하나의 다른 단계를 도시하는 도 1의 선 A-A를 따라 절취된 단면도.
진동 구조체 자이로스코프를 제조하는 본 발명에 따른 방법은, 링 공진기(2)로부터 내측으로 중앙 실리콘 허브(4)쪽으로 연장되는 실리콘 지지 다리(3)를 거쳐 지지된 실리콘인 실질적으로 평면 링 공진기(2)로 제조된 실리콘인 실질적으로 평면 링 진동 구조체(1)를 갖는 도 1에 도시된 자이로스코프를 제조하는데 적합하다. 도 1의 자이로스코프는 링 공진기(2)에 구동 동작을 제공하는 용량 구동 수단(5) 및 링 공진기(2)의 동작을 감지하여 픽-오프하는 용량 감지 수단(6)을 갖는다. 자이로스코프 장치는 열 유도 응력(thermally induced stresses)을 최소로 하기 위하 여 열 팽창 계수(thermal expansion coefficient)가 실리콘층(8)(도 2 내지 도 5 참조)의 열 팽창 계수와 일치되는 유리로 제조된 기판(7)을 포함한다. 또한 기판(7)은 열 팽창 계수가 실리콘층(8)의 열 팽창 계수와 정확하게 일치되도록 실리콘으로 제조될 수 있다.
도 1에 도시된 종류의 진동 구조체 자이로스코프를 제조하는 본 발명에 따른 방법은, 첨부 도면 중 도 2에 도시된 바와 같은 플레이트형 유리 또는 실리콘 기판(7)의 한쪽면 상에 제1 포토레지스트 물질(photoresist material)층(9)을 퇴적하는 단계를 포함한다. 사용된 포토레지스트 물질은 Shipley S1818SP16과 같은 산업 규격 "포지티브 포토레지스트(positive photoresist)"가 바람직하다. 제1 포토레지스트층(9)은 스피닝에 의하여 기판(7) 상에 퇴적되는 것이 바람직하다. 다음에 제1 포토레지스트층(9)은 베이킹에 의하여 경화되고, 노출 마스크를 사용하여 패턴이 형성되고 후속의 에칭을 위하여 기판(7)의 선택 영역이 노출되도록 현상된다. 다음에 기판(7)의 노출 영역이 등방성 습식 에칭 공정에 의하여 에칭되어, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(7)에 공동(cavity)(10)이 형성된다. 공동(10)은 후속하여 형성될 자이로스코프의 지지 다리(3)및 링 공진기(2) 부분이 제한없이 진동하도록 형성된다. 20 내지 30 ㎛의 공동 깊이가 일반적으로 사용되며, 도시되지 않은 정렬 키(alignment key)가 후속하는 마스크 레벨이 공동(10)에 정확하게 정렬될 수 있도록 기판(7) 내에 또한 에칭될 수 있다. 다음에 잔여 제1층(9)을 공동을 가진 기판(7)으로부터 벗겨 낸다.
기판(7)이 유리로 제조되었 때, 실리콘 장치층 웨이퍼(8)는 기판(7)의 공동 이 형성된 표면 상에 애노드 접합에 의하여 이 기판에 부착된다. 이것이 도 3에 도시되어 있다. 이 층(8)은 접합 전에 원하는 두께로 얇게 되거나 또는 접합 후에 얇게될 수 있다. 애노드 접합 공정은 기판(7) 및 층(8)을 밀착된 상태로 위치시키고, 대략 400℃ 까지 가열하여 유리 기판(7)과 실리콘층(8) 사이에 대략 1,000볼트의 전위를 가하는 것을 포함한다.
또한 기판(7)이 실리콘으로 제조되었을 때, 이 실리콘 기판은 대략 1㎛의 표면 산화층이 제공되도록 열적으로 산화된 다음 이 층(8)의 산화면이 실리콘 기판(7)의 공동이 형성된 표면에 융해 접합된다. 이 융해 접합 공정은 층(8) 및 기판(7)의 표면을 밀착시키고 대략 600℃ 까지 가열하는 것을 포함한다. 이 공정은 층(8) 및 기판(7)의 표면을 최대로 편평하게 하고 표면이 오염되지 않도록 하는 것이 필요하다.
금속화 및 에칭 단계는 이들 단계를 위한 마스크를 공동(10)에 정확하게 정렬시키는 것이 필요하다. 유리 기판을 사용할 때, 정렬 키(alignment key)는 접합된 실리콘층과 기판 쌍의 하측을 통해 볼 수 있다. 금속화 및 에칭 마스크는 양면 정렬기(double-sided aligner)를 사용하여 이들 키에 정확하게 정렬될 수 있다. 실리콘 기판(7)을 사용할 때, 접합면 상에서 특징부는 관찰될 수 없다. 이 경우 기판(7)의 바닥면 상에 정렬 키를 제공하는 것이 필요하다. 이것은 양면 정렬기를 사용하여 이들 키를 가진 추가의 마스크 레벨을 사용하여 공동이 형성된 표면 키에 정렬시키는 것이 필요하다.
기판(7) 상의 정렬 키가 층(8)을 통해 노출되는 경우 양면 정렬을 사용하지 않을 수 있다. 이것은 실리콘층(8)을 정렬 키 위치 둘레의 영역에 에칭하는 것이 필요하다. 등방성 건식 에칭 공정을 사용하여 편리하게 제거되는 실리콘에 추가의 에칭 마스크가 필요하다. 노출 영역은 정렬 키가 기판 웨이퍼(예를 들면 4mm x 4mm 구멍)에 정확하게 정렬될 필요없이 완전하게 노출되도록 충분히 커야 한다. 정렬 키를 접합 기판 표면 상에 노출시킴으로써, 한쪽면 정렬이 후속의 마스크 레벨을 위하여 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 다음 단계는 기판(7)에 부착된 실리콘층으로부터 가장 멀리 떨어진 실리콘층(8)의 표면 상에 알루미늄층(도시되지 않음)을 퇴적하는 단계를 포함한다. 알루미늄은 스퍼터링에 의하여 퇴적되는 것이 바람직하다. 다음에 제2 포토레지스트 물질층(도시되지 않음)이 실리콘층(8)에 대하여 알루미늄층의 가장 외측면 상에 바람직하게는 스피닝에 의하여 퇴적되고, 바람직하게는 베이킹에 의하여 경화되고 패턴이 형성되어 알루미늄층의 선택 영역이 노출되도록 현상된다. 다음에 알루미늄층의 노출 영역이 바람직하게는 인산기 공정에 의하여 에칭되어 실리콘층(8) 상에 첨부 도면 중 도 4에 도시된 바와 같은 접합 패드를 제공하는 알루미늄 영역을 남기게 된다.
이와 같이 접합 패드(11)가 제공되어 스크린층을 접지 전위에 접촉시키고 추가의 접합 패드(12, 13)는 구동 및 픽-오프(감지) 사이트를 외부 회로(도시되지 않음)에 각각 접속시킨다. 또 다른 접합 패드(14)가 제공되어 링 공진기(2)를 전기적으로 접속시킨다.
다음에 잔여의 제2 포토레지스트층이 알루미늄층 즉 접합 패드(11, 12, 13, 14)로부터 벗겨지고, 제3 포토레지스터 물질층이 바람직하게 스피닝에 의하여 실리콘층(8)의 노출면 상의 퇴적된 알루미늄 접합 패드(11, 12, 13, 14)에 걸쳐 퇴적된다. 다음에 제3 포토레지스트 물질층이 바람직하게 베이킹에 의하여 경화되고, 패턴이 형성되어 실리콘층(8)의 선택 영역이 노출되도록 현상된다. 에칭 마스크가 제3 포토레지스트 물질층이 노출되어 현상되기 전에 기판 상의 공동 정렬 키에 정렬된다. 실리콘층(8)의 노출된 선택 영역 상에 디프 반응 이온 에칭이 실행되어 거기로부터 실질적으로 평면 링 진동 구조체, 즉 기판 공동(10) 상측의 허브(4) 상에 장착된 지지 다리(3) 및 링 공진기(2), 용량 구동 및 감지 수단(5, 6)과 첨부 도면 중 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같은 공진기(2) 및 구동 및 감지 수단(5, 6)을 둘러싸고 있는 스크린층(15)을 형성한다. 이들 구조체를 절연 기판(7)의 표면 상에 장착함으로써 각개의 구조체를 서로 전기적으로 절연시킨다. 깊고 좁은 트렌치(trench)를 근접한 수직 측벽을 가진 실리콘에 종횡비 대략 40:1로 형성할 수 있는 전용 디프 반응 이온 에칭(deep reactive ion etch: DRIE)을 사용하여 에칭된다. 에칭 공정은 플루오르기 플라즈마에 의하여 실리콘의 임의의 화학 에칭을 분리시키는 단계를 포함하며, 특징부 측벽의 패시베이션(passivation)은 플루오르폴리머 패시베이션 단계에 의하여 에칭된다. 이 단계를 컴퓨터 제어로 교호시킴으로써 수직벽 특징부가 정밀도 및 품질이 높게 실리콘 내에 형성될 수 있다. 실리콘의 에칭률은 유리의 에칭률보다 상당히 높기 때문에 유리 기판(7)이 에칭 스톱으로서 작용한다. 이로써 구동 패드(12) 및 픽-오프 패드(13)가 실리콘층(8)을 거쳐 기판(7)에 접합되고 둘러싸고 있는 스크린층(15)으로부터 전기적으로 절연된다. 다음에 포토레지스트 물질의 잔여의 제3층이 알루미늄층으로부터 벗겨진다.
동작 시, 자이로스코프 운동이 여기되고 공진 주파수로 용량 구동 사이트(5)에 가해진 진동 전압에 의하여 제어된다. 얻어진 링 운동이 픽-오프 커패시터 트렌치를 가로지르는 전류를 거쳐 검출된다. 구동 신호가 픽-오프에 용량적으로 결합되어 의사 신호(spurious signal)까지 상승하는 경우 자이로 성능 오차가 발생한다. 이 결합은 링 공진기(2)와 대면하는 것을 제외하고는 층(8) 평면의 모든 측면 상에 각각의 용량 사이트를 둘러싸는 스크린층(15)에 의하여 최소로 될 수 있다. 스크린층(15)은 상단면 상의 와이어 접합 패드(11)를 거쳐 접지 전위에 외부적으로 접속된다.
기판(7)이 실리콘인 경우 층(8) 물질의 한정된 전도성으로 인하여 추가의 용량 결합 루트가 존재한다. 구동 신호는 층(8)과 층(7) 사이의 얇은(~1㎛) 산화층에 의하여 구동 커패시터의 바닥면으로부터만 단지 분리된 기판(7) 내에 결합될 수 있다. 이것은 또한 픽-오프 커패시터 사이트 내에 다시 결합될 수 있다. 이 결합 메커니즘은 기판(7)을 접지에 전기적으로 접속시킴으로써 제거될 수 있다. 어셈블리(2)가 금속 캔(도시되지 않음)에 장착되는 경우, 이 전기적 접속은 예를 들면 전도성 에폭시를 사용하여 기판 바닥면을 캔의 표면에 직접 접촉시킴으로써 편리하게 달성될 수 있다. 다음에 캔은 외부 회로를 거쳐 접지에 접속될 수 있다. 이것이 간편하지 않은 경우, 와이어 접합에 의한 상단면으로의 연결은 공정을 일부 변형시킴으로써 용이해질 수 있다. 이것은 에칭 마스크의 변형에 의하여 달성될 수 있는 추가의 액세스 구멍을 기판(7)의 모서리의 스크린층(15)에 에칭하는 것이 필요하 다. 이들 구멍 바닥의 노출된 산화물은 산화물 선택 건식 에칭 공정에 의하여 제거되므로 전도성 기판면이 노출된다. 기판(7)으로의 전기적 접속을 용이하게 하기 위하여, 추가의 금속화 공정 단계가 필요하다. 다음에 알루미늄과 같은 금속을 간단한 새도우 마스크 기술(shadow mask technique)을 사용하여 구멍의 표면 상에 퇴적시킬 수 있다. 다음에 금속화 구멍 표면과 스크린층 접합 패드(11) 사이에 와이어 본드를 사용하여 접지 접속될 수 있다.
복수의 자이로스코프 장치가 하나의 유리 또는 실리콘 기판 상에 제조되어 처리 후 다이싱(dicing)에 의하여 분리될 수 있다. 또한 트렌치를 톱날 라인을 따라 후속하여 클리빙(cleaving)할 수 있는 충분한 깊이로 기판(7) 내를 톱날로 새겨 별개의 장치로 분리시킨다. 이것은 층(8)과 기판(7)을 접합시킨 후 즉시 실행하는게 편리하다. 이것은 톱질 공정 동안 생성된 부스러기가 좁은 트렌치(14a)를 에칭하기 전에 나타나는 장점을 갖는다. 클리빙 공정은 부스러기를 생성시키지 않으므로 트렌치(14a)를 방해할 위험이 감소되어 링 공진기(2)가 자유롭게 진동하지 못한다.
본 발명에 따른 제조 방법은 실리콘층(8)의 성질을 유지하는 구조체를 제공한다. 공진기와 구동 및 픽-오프 트랜서듀서 트랜치(14a)의 중요한 치수 공차는 층(8)의 평면 내에 모두 한정된다. 이들 구조체는 표준 마스킹 및 디프 반응 이온 에칭 기술을 사용하여 고정밀도로 제조될 수 있다. 이들 기술은 소형 자이로스코프 장치의 제조에도 충분히 겸용가능하지만 현저하게 변형시키지 않고 광범위한 치수의 장치를 제조하는데도 응용될 수 있다. 이 방법은 또한 한쪽면 공정을 최소의 공정 단계로 실행할 수 있어 고 생산성, 저비용, 생산 루트를 제공한다.
Claims (8)
- 실리콘인 실질적으로 평면 링 진동 구조체,상기 진동 구조체에 구동 동작을 제공하고 그 동작을 감지하는 용량 수단, 및상기 용량 수단을 둘러싸고 있는 스크린층을 갖는 진동 구조체 자이로스코프의 제조 방법에 있어서,플레이트형 유리 또는 실리콘 기판의 한쪽면 상에 제1 포토레지스트 물질층을 퇴적하는 단계,상기 기판의 선택 영역이 노출되도록 상기 제1 포토레지스트 물질층을 경화, 패턴화 및 현상하는 단계,기판의 상기 노출 영역을 그 내부에 공동이 형성되도록 에칭하는 단계,상기 공동이 형성된 기판으로부터 잔여의 제1 포토레지스트 물질층을 벗겨 내는 단계,상기 공동이 형성된 기판의 한쪽면에 실리콘층을 부착하는 단계,상기 기판에 부착된 실리콘층으로부터 가장 멀리 떨어진 실리콘층의 표면 상에 알루미늄층을 퇴적하는 단계,상기 실리콘층에 대하여 알루미늄층의 가장 외측 표면 상에 제2 포토레지스트 물질층을 퇴적하는 단계,상기 알루미늄층의 선택 영역이 노출되도록 상기 제2 포토레지스트 물질층을 경화, 패턴화 및 현상하는 단계,상기 실리콘층 상에 알루미늄 영역이 남겨지도록 스크린층을 접지하고, 상기 실리콘의 실질적으로 평면 링 진동 구조체를 전기적으로 접속하는 접합 패드－여기서 접합 패드는 용량 수단과 감지 수단의 접속점을 형성함－를 제공하도록 알루미늄층의 상기 노출 영역을 에칭하는 단계,상기 알루미늄층으로부터 잔여의 제2 포토레지스트 물질층을 벗겨 내는 단계,상기 실리콘층 상의 상기 잔여의 퇴적된 알루미늄층 영역에 걸쳐 제3 포토레지스트 물질층을 퇴적하는 단계,상기 알루미늄층의 선택 영역이 노출되도록 상기 제3 포토레지스트 물질층을 경화, 패턴화 및 현상하는 단계,상기 실리콘층으로부터, 용량 구동 및 감지 수단, 둘러싸고 있는 스크린층 및 링 구조체가 제한없이 진동하도록 기판 공동 상측의 허브에 의하여 장착된 실질적으로 평면 링 진동 구조체를 형성하고, 상기 용량 구동 및 감지 수단, 스크린층 및 링 진동 구조체가 서로 전기적으로 절연되도록 상기 노출된 실리콘층 선택 영역을 디프 반응 이온 에칭하는 단계를 포함하는 진동 구조체 자이로스코프의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1 포토레지스트 물질층, 상기 제2 포토레지스트 물질층 및 상기 제3 포토레지스트 물질층 중 하나 이상이 스피닝에 의하여 퇴적되고 베이킹에 의하여 경화되는 진동 구조체 자이로스코프의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 제1 포토레지스트 물질층의 현상에 의하여 노출된 기판의 선택 영역이 등방성 습식 에칭 공정에 의하여 에칭되는 진동 구조체 자이로스코프의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 기판은 실리콘층이 애노드 접합에 의하여 부착된 유리로 제조되는 진동 구조체 자이로스코프의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 기판은 실리콘층이 융해 접합에 의하여 부착된 표면 산화층을 형성하도록 열적으로 산화된 실리콘으로 제조되는 진동 구조체 자이로스코프의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 실리콘층의 표면 상에 알루미늄층을 퇴적하는 단계는, 스퍼터링에 의하여 실시되는 진동 구조체 자이로스코프의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 알루미늄층의 상기 노출 영역을 에칭하는 단계는, 인산기 공정에 의하여 실시되는 진동 구조체 자이로스코프의 제조 방법.
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| GB2276976B (en) * | 1993-04-07 | 1996-10-23 | British Aerospace | Method of manufacturing a motion sensor |
| US5450751A (en) * | 1993-05-04 | 1995-09-19 | General Motors Corporation | Microstructure for vibratory gyroscope |
| US5547093A (en) * | 1994-09-14 | 1996-08-20 | Delco Electronics Corporation | Method for forming a micromachine motion sensor |
| US5725729A (en) * | 1994-09-26 | 1998-03-10 | The Charles Stark Draper Laboratory, Inc. | Process for micromechanical fabrication |
| US5789323A (en) * | 1995-04-25 | 1998-08-04 | Ramtron International Corporation | Fabrication of metal-ferroelectric-metal capacitors with a two step patterning sequence |
| US5600065A (en) * | 1995-10-25 | 1997-02-04 | Motorola, Inc. | Angular velocity sensor |
| KR0171009B1 (ko) * | 1995-12-07 | 1999-05-01 | 양승택 | 원판 진동형 마이크로 자이로스코프 및 그의 제조방법 |
| US5806365A (en) * | 1996-04-30 | 1998-09-15 | Motorola, Inc. | Acceleration sensing device on a support substrate and method of operation |
| DE19617666B4 (de) * | 1996-05-03 | 2006-04-20 | Robert Bosch Gmbh | Mikromechanischer Drehratensensor |
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| US5885353A (en) * | 1996-06-21 | 1999-03-23 | Micron Technology, Inc. | Thermal conditioning apparatus |
| US5924010A (en) * | 1996-10-30 | 1999-07-13 | United Microelectronics Corp. | Method for simultaneously fabricating salicide and self-aligned barrier |
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| US5929497A (en) * | 1998-06-11 | 1999-07-27 | Delco Electronics Corporation | Batch processed multi-lead vacuum packaging for integrated sensors and circuits |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
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