KR100642235B1

KR100642235B1 - 마이크로 스위칭 소자 제조 방법 및 마이크로 스위칭 소자

Info

Publication number: KR100642235B1
Application number: KR1020040053844A
Authority: KR
Inventors: 나카타니다다시; 미야시타츠토무
Original assignee: 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-07-12
Publication date: 2006-11-06
Also published as: US7312677B2; JP2005243576A; JP4447940B2; TW200529269A; TWI246101B; CN100343949C; US20050190023A1; CN1661769A; KR20050087703A

Abstract

본 발명은 마이크로 스위칭 소자를 양호한 제조 수율로 제조하는 것을 과제로 한다.

본 발명은 기판(S1)과, 서로 격리되어 기판(S1)에 고정된 한 쌍의 지지부(20)와, 한 쌍의 지지부(20)를 가교하는 막체(31), 상기 막체(31) 위에 배치된 가동 콘택트 전극(32) 및 가동 구동 전극(33)을 갖는 가동 빔부(30)와, 가동 콘택트 전극(32)에 대향하는 한 쌍의 고정 콘택트 전극(11)과, 가동 구동 전극(33)과 협동하여 정전기력을 발생시키기 위한 고정 구동 전극(12)을 구비하는 마이크로 스위칭 소자를 제조하기 위한 방법이며, 기판(S1) 위에 희생층을 형성하기 위한 공정과, 희생층 위에 막체(31)를 형성하기 위한 공정과, 서로 격리되어 기판(S1) 및 막체(31) 사이에 개재되는 한 쌍의 지지부(20)가 잔존 형성되도록 희생층에 대하여 막체(31)를 통하여 에칭 처리를 실시하기 위한 공정을 포함한다.

마이크로 스위칭 소자, 고정 구동 전극, 전극 패드, 범프

Description

마이크로 스위칭 소자 제조 방법 및 마이크로 스위칭 소자{METHOD OF MANUFACTURING MICROSWITCHING DEVICE AND MICROSWITCHING DEVICE}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로 스위칭 소자의 부분 평면도.

도 2는 도 1의 II-II선에 따른 단면도.

도 3은 고정 콘택트 전극 및 고정 구동 전극의 패턴 형상을 나타내는 도면.

도 4는 막체(膜體)의 패턴 형상을 나타내는 도면.

도 5는 가동(可動) 콘택트 전극, 가동 구동 전극, 및 배선부의 패턴 형상을 나타내는 도면.

도 6은 도 1의 마이크로 스위칭 소자의 제조 방법에서의 일부 공정을 나타내는 도면.

도 7은 도 6의 다음에 연속되는 공정을 나타내는 도면.

도 8은 마이크로 스위칭 소자 제조 방법의 일부의 대체(代替) 공정을 나타내는 도면.

도 9는 도 8에 나타낸 대체 공정을 거친 경우의 마이크로 스위칭 소자의 일부 구조를 나타내는 것으로서, 도 1의 II-II선에 따른 단면도에 상당하는 도면.

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로 스위칭 소자의 일부 생략 평면도.

도 11은 도 10의 XI-XI선에 따른 부분 단면도.

도 12는 도 10의 XII-XII선에 따른 부분 단면도.

도 13은 도 11의 XIII-XIII선에 따른 부분 단면을 포함하는 것으로서, 도 10의 마이크로 스위칭 소자의 단면도.

도 14는 도 11의 XIV-XIV선에 따른 부분 단면을 포함하는 것으로서, 도 10의 마이크로 스위칭 소자의 단면도.

도 15는 도 11의 XV-XV선에 따른 부분 단면을 포함하는 것으로서, 도 10의 마이크로 스위칭 소자의 단면도.

도 16은 도 11의 XVI-XVI선에 따른 부분 단면을 포함하는 것으로서, 도 10의 마이크로 스위칭 소자의 단면도.

도 17은 도 10의 마이크로 스위칭 소자의 제조 방법에서의 일부 공정(베이스부의 제조 공정)을 나타내는 도면.

도 18은 도 10의 마이크로 스위칭 소자의 제조 방법에서의 다른 일부 공정(캡부의 제조 공정)을 나타내는 도면.

도 19는 도 17 및 도 18의 다음에 연속되는 공정을 나타내는 도면.

도 20은 MEMS 기술을 이용하여 얻어진 종래의 마이크로 스위칭 소자의 부분 평면도.

도 21은 도 20의 XXI-XXI선에 따른 단면도.

도 22는 도 20의 마이크로 스위칭 소자의 제조 방법에서의 일부 공정을 나타내는 도면.

도 23은 도 22의 다음에 연속되는 공정을 나타내는 도면.

도 24는 MEMS 기술을 이용하여 얻어진 종래의 다른 마이크로 스위칭 소자의 부분 평면도.

도 25는 도 24의 XXV-XXV선에 따른 단면도.

도 26은 도 24의 스위칭 소자의 제조 방법에서의 일부 공정을 나타내는 도면.

도 27은 도 26의 다음에 연속되는 공정을 나타내는 도면.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

X1, X2, X3, X4 : 마이크로 스위칭 소자

S1, S2, S3 : 기판

11, 41 : 고정 콘택트 전극

12, 42 : 고정 구동 전극

20 : 지지부

20', 60' : 희생층

30, 50 : 가동(可動) 빔부(梁部)

31, 51 : 막체(膜體)

32, 52 : 가동 콘택트 전극

33, 53 : 가동 구동 전극

34, 54 : 배선부

43A, 43B, 43C : 전극 패드

45A, 45B, 45C : 범프

60 : 지지 스페이서

70 : 내부 밀봉벽

90 : 둘레 밀봉벽

본 발명은 MEMS 기술을 이용한 마이크로 스위칭 소자 제조 방법 및 이것에 의해 제조되는 마이크로 스위칭 소자에 관한 것이다.

휴대전화 등 무선통신 기기의 기술분야에서는, 고기능(高機能)을 실현하기 위해 탑재되는 부품의 증가 등에 따라, 고주파 회로 내지 RF 회로의 소형화에 대한 요구가 증대되고 있다. 이러한 요구에 대응하기 위해, 회로를 구성하는 다양한 부품에 대해서 MEMS(micro-electromechanical systems) 기술의 이용에 의한 미소화(微小化)가 추진되고 있다.

그러한 부품의 하나로서, MEMS 스위치가 알려져 있다. 일반적으로, MEMS 스위치는 기계적으로 개폐되어 스위칭을 실효(實效)하는 적어도 한 쌍의 콘택트 전극과, 상기 전극쌍의 기계적 개폐 동작을 달성하기 위해 정전기력을 발생시키기 위한 적어도 한 쌍의 구동 전극을 구비한다. 이들 각 부위는 소정의 재료 기판에서 MEMS 기술에 의해 미소하게 성형된다. MEMS 스위치는, 특히 ㎓ 오더(order)의 고주파 신호의 스위칭에 있어서, 종래 사용되고 있는 PIN 다이오드나 MESFET 등으로 이루어지는 스위칭 소자보다도 개방 상태에서 높은 절연성을 나타내고, 또한, 낮은 삽입 손실을 나타내는 경향이 있다. 이것은 콘택트 전극쌍 사이의 기계적 해리(解離)에 의해 개방 상태가 달성되는 것이나, 또는 기계적 스위치이기 때문에 기생 용량이 적은 것에 기인한다. MEMS 스위치에 대해서는, 예를 들어, 일본국 특개평9-17300호 공보나 일본국 특개2000-188050호 공보에 기재되어 있다.

도 20 및 도 21은 종래의 MEMS 스위치의 일례인 마이크로 스위칭 소자(X3)를 나타낸다. 도 20은 마이크로 스위칭 소자(X3)의 부분 평면도이고, 도 21은 도 20의 XXI-XXI선에 따른 단면도이다. 마이크로 스위칭 소자(X3)는 기판(301)과, 한 쌍의 콘택트 전극(302)과, 2개의 구동 전극(303)과, 가동부(304)와, 보강(補强) 도금막(305)을 구비한다. 한 쌍의 콘택트 전극(302)은 서로 격리되어 기판(301) 위에 설치되어 있다. 2개의 구동 전극(303)은 한 쌍의 콘택트 전극(302)을 통하여 대칭적으로 기판(301) 위에 설치되어 있다. 가동부(304)는 콘택트 전극(302) 및 구동 전극(303)의 위쪽을 타넘도록 기판(301) 위에 세워 설치되어 있다. 또한, 가동부(304)는 그 전체가 도전 재료막으로 이루어지거나, 또는 도전 재료막과 절연 재료막의 2층 구조를 갖고, 도 21에 잘 도시되어 있는 바와 같은 콘택트 전극부(304a) 및 2개의 구동 전극부(304b)를 구비한다. 콘택트 전극부(304a)는 양 콘택트 전극(302)의 단부(端部)에 대향하고, 각 구동 전극부(304b)는 한쪽 구동 전극(303)에 대향한다. 보강 도금막(305)은 가동부(304)에서의 기판(301)과의 접합부의 기계적 강도(强度)를 보충하기 위한 것이다. 또한, 기판(301) 위에는 콘택트 전극(302), 구동 전극(303), 또는 가동부(304)에 대하여 전기적으로 접속하는 소정 의 배선 패턴(도시 생략)이 형성되어 있다. 이러한 마이크로 스위칭 소자(X3)에서는, 구동 전극(303)과 구동 전극부(304b) 사이에 정전인력을 발생시켜 가동부(304)를 변형시킴으로써, 콘택트 전극부(304a)와 콘택트 전극(302)이 접촉하는 상태를 선택적으로 실현하여 스위칭을 행한다.

도 22 및 도 23은 마이크로 스위칭 소자(X3)의 제조 방법의 일부 공정을 나타낸다. 마이크로 스위칭 소자(X3)의 제조에서는, 우선, 도 22의 (a)에 나타낸 바와 같이, 기판(301) 위에 각 구동 전극(303)을 패턴 형성한다. 다음으로, 도 22의 (b)에 나타낸 바와 같이, 기판(301) 위에 각 콘택트 전극(302)을 패턴 형성한다. 다음으로, 도 22의 (c)에 나타낸 바와 같이, 콘택트 전극(302) 및 구동 전극(303)을 덮으면서 소정 재료를 기판(301)에 퇴적시킴으로써, 희생층(306)을 형성한다. 다음으로, 소정의 마스크를 개재시키는 에칭 처리에 의해 희생층(306) 표면에 소정의 형상을 형성한 후, 도 22의 (d)에 나타낸 바와 같이, 희생층(306)을 소정의 형상으로 패터닝한다. 다음으로, 도 23의 (a)에 나타낸 바와 같이, 희생층(306)을 덮으면서 소정 재료를 기판(301) 위에 성막함으로써, 재료막(304')을 형성한다. 다음으로, 도 23의 (b)에 나타낸 바와 같이, 재료막(304')을 소정의 형상으로 패터닝함으로써 가동부(304)를 형성한다. 다음으로, 도 23의 (c)에 나타낸 바와 같이, 가동부(304)의 각 양단 위에 보강 도금막(305)을 패턴 형성한다. 도 23의 (d)에 나타낸 바와 같이, 희생층(306)을 에칭 제거하고, 기판(301)과 가동부(304) 사이에 공극(空隙)을 설치한다.

마이크로 스위칭 소자(X3)의 제조에서는, 도 22의 (d)를 참조하여 상술한 바 와 같이, 희생층(306)을 패터닝할 필요가 있다. 또한, 도 23의 (c)를 참조하여 상술한 바와 같이, 가동부(304)의 양단 위에 보강 도금막(305)을 패턴 형성할 필요가 있다. 보강 도금막(305)을 설치하지 않을 경우, 스위칭을 위한 변형이 반복되는 가동부(304)의 양단부(가동부(304)에서 기판(301)과 접합하는 부위 및 그 근방)는 기계적으로 파손(破損)되기 쉬워, 실용적인 소자를 얻을 수 없다. 이들 희생층 패터닝 공정 및 보강 도금 형성 공정은 소자 제조에서 제조 수율을 저하시키는 경향이 있다.

도 24 및 도 25는 종래의 MEMS 스위치의 다른 예인 마이크로 스위칭 소자(X4)를 나타낸다. 도 24는 마이크로 스위칭 소자(X4)의 부분 평면도이고, 도 25는 도 24의 XXV-XXV선에 따른 단면도이다. 마이크로 스위칭 소자(X4)는 기판(401)과, 한 쌍의 콘택트 전극(402)과, 2개의 구동 전극(403)과, 한 쌍의 지지부(404)와, 가동 빔부(梁部)(405)를 구비한다. 한 쌍의 콘택트 전극(402)은 서로 격리되어 기판(401) 위에 설치되어 있다. 2개의 구동 전극(403)은 한 쌍의 콘택트 전극(402)을 통하여 대칭적으로 기판(401) 위에 설치되어 있다. 한 쌍의 지지부(404)는 이들 전극을 통하여 대칭적으로 기판(401) 위에 설치되어 있다. 가동 빔부(405)는 콘택트 전극(402) 및 구동 전극(403)의 위쪽에 위치하도록 한 쌍의 지지부(404)를 가교(架橋)한다. 지지부(404)는 절연 재료로 이루어지고, 가동 빔부(405)는 그 전체가 도전 재료막으로 이루어지거나, 또는 도전 재료막과 절연 재료막의 2층 구조를 갖는다. 또한, 가동 빔부(405)는 콘택트 전극부(405a) 및 2개의 구동 전극부(405b)를 갖는다. 콘택트 전극부(405a)는 양 콘택트 전극(402)의 단부에 대향하고, 각 구동 전극부(405b)는 한쪽 구동 전극(403)에 대향한다. 또한, 마이크로 스위칭 소자(X4)에는 콘택트 전극(402), 구동 전극(403), 또는 가동 빔부(405)에 대하여 전기적으로 접속하는 소정의 배선(도시 생략)이, 예를 들어, 기판(401) 위에 설치되어 있다. 이러한 마이크로 스위칭 소자(X4)에서는, 구동 전극(403)과 구동 전극부(405b) 사이에 정전인력을 발생시켜 가동 빔부(405)를 변형시킴으로써, 콘택트 전극부(405a)와 콘택트 전극(402)이 접촉하는 상태를 선택적으로 실현하여 스위칭을 행한다.

도 26 및 도 27은 마이크로 스위칭 소자(X4)의 제조 방법의 일부 공정을 나타낸다. 마이크로 스위칭 소자(X4)의 제조에서는, 우선, 도 26의 (a)에 나타낸 바와 같이, 기판(401) 위에 각 콘택트 전극(402) 및 각 구동 전극(403)을 패턴 형성한다. 다음으로, 소정 재료를 기판(401) 위에 퇴적시킨 후에 상기 재료막을 패터닝함으로써, 도 26의 (b)에 나타낸 바와 같이 한 쌍의 지지부(404)를 형성한다. 다음으로, 도 26의 (c)에 나타낸 바와 같이, 콘택트 전극(402), 구동 전극(403), 지지부(404)를 덮으면서 기판(401)에 소정 재료를 퇴적시킴으로써 재료막(406')을 형성한다. 다음으로, 도 26의 (d)에 나타낸 바와 같이, 재료막(406')을 연마함으로써 지지부(404)를 노출시키고, 또한, 상기 지지부(404)와 동일한 두께를 갖는 희생층(406)을 형성한다. 다음으로, 도 27의 (a)에 나타낸 바와 같이, 소정의 마스크를 개재시키는 에칭 처리에 의해 희생층(406) 표면에 소정의 형상을 형성한다. 다음으로, 도 27의 (b)에 나타낸 바와 같이, 소정의 도전 재료를 성막함으로써, 희생층(406) 위에 재료막(405')을 형성한다. 다음으로, 도 27의 (c)에 나타낸 바와 같이, 재료막(405')을 패터닝함으로써 가동 빔부(405)를 형성한다. 다음으로, 도 27의 (d)에 나타낸 바와 같이, 희생층(406)을 에칭 제거하고, 기판(401)과 가동 빔부(405) 사이에 공극을 설치한다.

마이크로 스위칭 소자(X4)의 제조에서는, 도 26의 (b)를 참조하여 상술한 바와 같이, 한 쌍의 지지부(404)를 기판(401) 위에 패턴 형성할 필요가 있다. 또한, 도 26의 (d)를 참조하여 상술한 바와 같이, 적절한 두께를 갖는 희생층(406)을 형성하기 위해 재료막(406')을 연마할 필요가 있다. 이들 공정은 소자 제조에서 제조 수율을 저하시키는 경향이 있다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 안출된 것으로서, 마이크로 스위칭 소자를 양호한 제조 수율로 제조할 수 있는 방법 및 상기 방법에 의해 제조되는 마이크로 스위칭 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 제 1 측면에 의하면 마이크로 스위칭 소자가 제공된다. 본 방법은 기판과, 서로 격리되어 기판에 고정된 한 쌍의 지지부와, 한 쌍의 지지부를 가교(架橋)하는 막체(膜體), 상기 막체 위에 배치된 가동(可動) 콘택트 전극 및 가동 구동 전극을 갖는 가동 빔부와, 가동 콘택트 전극에 대향하는 한 쌍의 고정 콘택트 전극과, 가동 구동 전극과 협동하여 정전기력을 발생시키기 위한 고정 구동 전극을 구비하는 마이크로 스위칭 소자를 제조하기 위한 방법이다. 또한, 본 방법은 기판 위에 희생층을 형성하기 위한 희생층 형성 공정과, 희생층 위에 막체를 형성하기 위한 막체 형성 공정과, 서로 격리되어 기판 및 막체 사이에 개재되는 한 쌍의 지지부가 잔존(殘存) 형성되도록 희생층에 대하여 막체를 통하여 에칭 처리를 실시하기 위한 지지부 형성 공정을 포함한다. 막체를 통하여 에칭 처리를 실시한다는 것은, 막체의 적어도 일부를 에칭 마스크로서 이용하여 에칭 처리를 행하는 것을 의미한다.

이러한 방법에 의하면, 마이크로 스위칭 소자를 양호한 제조 수율로 제조할 수 있다. 본 방법에서는 희생층을 형성하기 전에 한 쌍의 지지부를 기판 위에 패턴 형성하기 위한 공정이 필요 없고, 또한, 가동부용의 막체를 희생층 위에 형성하기 전에 희생층을 패터닝하기 위한 공정도 필요 없다. 본 방법에서는 한 쌍의 지지부가 막체 형성면을 제공한다는 기능을 마친 희생층의 일부(실질적으로 대부분)를 제거할 때에, 희생층 재료에 유래(由來)하여 기판 및 막체 사이에 잔존 형성된다. 이렇게 하여, 본 방법에서는 한 쌍의 지지부가 효율적으로 형성된다. 또한, 본 방법에서는 가동부의 양단부를 보강하기 위한 부재를 형성하기 위한 공정이 필요 없고, 또한, 희생층을 연마하기 위한 공정도 필요 없다. 본 발명의 제 1 측면에 따른 방법에 의하면, 이렇게 효율적으로 마이크로 스위칭 소자를 제조할 수 있고, 따라서, 마이크로 스위칭 소자를 양호한 제조 수율로 제조할 수 있는 것이다. 이러한 방법은 마이크로 스위칭 소자를 저렴하게 제조하는데 적합하다.

본 발명의 제 1 측면에서의 일 바람직한 실시예는, 희생층 형성 공정 전에, 고정 구동 전극 및 한 쌍의 고정 콘택트 전극을 기판 위에 형성하기 위한 공정을 포함한다. 본 실시예의 막체 형성 공정에서 형성되는 막체는, 한 쌍의 고정 콘택 트 전극에 대응하는 개소에 적어도 1개의 개구부를 갖는다. 또한, 본 실시예는 막체 형성 공정의 후로서 지지부 형성 공정 전에, 개구부를 삽통(揷通)하여 한 쌍의 고정 콘택트 전극에 대향하는 부위를 갖는 가동 콘택트 전극 및 가동 구동 전극을 막체 위에 형성하기 위한 공정을 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 한 쌍의 지지부가 고정되어 있는 기판 위에 고정 콘택트 전극 및 고정 구동 전극이 배열 설치된 마이크로 스위칭 소자를 적절히 제조할 수 있다.

본 발명의 제 1 측면에서의 다른 바람직한 실시예는, 고정 구동 전극 및 한 쌍의 고정 콘택트 전극을 추가 기판 위에 형성하기 위한 공정과, 가동 콘택트 전극과 한 쌍의 고정 콘택트 전극이 대향하고, 또한, 가동 구동 전극과 고정 구동 전극이 대향하도록 기판 및 추가 기판을 적어도 1개의 접합벽을 통하여 접합하기 위한 공정을 더 포함한다. 이러한 구성에 의하면, 한 쌍의 지지부가 고정되어 있는 기판과는 다른 추가 기판 위에 고정 콘택트 전극 및 고정 구동 전극이 배열 설치된 마이크로 스위칭 소자를 적절히 제조할 수 있다. 이 경우, 바람직하게는 기판, 추가 기판, 및 접합벽은 가동 콘택트 전극, 한 쌍의 고정 콘택트 전극, 가동 구동 전극, 및 고정 구동 전극을 소자 외부로부터 격절(隔絶)시키는 형태를 갖는다. 이렇게 하여, 적절히 웨이퍼 레벨 패키지가 달성된 마이크로 스위칭 소자를 얻을 수 있다.

본 발명의 제 1 측면에 있어서, 바람직하게는 희생층은 실리콘으로 이루어지고, 막체는 이산화실리콘 또는 질화실리콘으로 이루어진다. 이러한 구성은 지지부 형성 공정에서 희생층에 대한 에칭 처리로서 건식 에칭을 채용할 경우에 특히 적합 하다. 또는, 본 발명에서는 희생층 재료로서 이산화실리콘을 채용하고, 또한, 막체 재료로서 실리콘을 채용할 수도 있다. 이러한 구성은 지지부 형성 공정에서 희생층에 대한 에칭 처리로서 습식 에칭을 채용할 경우에 특히 적합하다.

본 발명의 제 1 측면에 있어서, 막체의 두께는 1.5㎛ 이상인 것이 바람직하다. 이러한 구성은 가동 빔부가 부당하게 휘는 것을 방지하는데 적합하다.

본 발명의 제 2 측면에 의하면 마이크로 스위칭 소자가 제공된다. 본 소자는 기판과, 서로 격리되어 기판에 고정된 한 쌍의 지지부와, 한 쌍의 지지부를 가교하는 막체, 상기 막체 위에 배치된 가동 콘택트 전극 및 가동 구동 전극을 갖는 가동 빔부와, 기판 위에 설치되어 가동 콘택트 전극에 대향하는 한 쌍의 고정 콘택트 전극과, 가동 구동 전극과 협동하여 정전기력을 발생시키기 위한, 기판 위에 설치된 고정 구동 전극을 구비한다. 또한, 본 소자에서의 한 쌍의 지지부는, 기판 및 가동 빔부 사이에 일단 개재되는 희생층의 일부를 제거함으로써 잔존 형성된 것이다. 이러한 마이크로 스위칭 소자는 본 발명의 제 1 측면에서의 일 바람직한 실시예에 의해 적절히 제조할 수 있다.

본 발명의 제 3 측면에 의하면 다른 마이크로 스위칭 소자가 제공된다. 본 소자는 제 1 기판 및 이것에 대향하는 제 2 기판과, 서로 격리되어 제 1 기판에 고정된 한 쌍의 지지부와, 한 쌍의 지지부를 가교하는 막체, 상기 막체 위에 배치된 가동 콘택트 전극 및 가동 구동 전극을 가져 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 위치하는 가동 빔부와, 제 2 기판 위에 설치되어 가동 콘택트 전극에 대향하는 한 쌍의 고정 콘택트 전극과, 가동 구동 전극과 협동하여 정전기력을 발생시키기 위한, 제 2 기판 위에 설치된 고정 구동 전극과, 제 1 기판 및 제 2 기판 사이에 개재되는 접합벽을 구비한다. 제 1 기판, 제 2 기판, 및 접합벽은 가동 콘택트 전극, 한 쌍의 고정 콘택트 전극, 가동 구동 전극, 및 고정 구동 전극을 소자 외부로부터 격절시키는 형태를 갖는다. 이러한 마이크로 스위칭 소자는 본 발명의 제 1 측면에서의 다른 바람직한 실시예에 의해 적절히 제조할 수 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 마이크로 스위칭 소자(X1)를 나타낸다. 도 1은 마이크로 스위칭 소자(X1)의 부분 평면도이고, 도 2는 도 1의 II-II선에 따른 단면도이다. 마이크로 스위칭 소자(X1)는 기판(S1)과, 한 쌍의 지지부(20)와, 가동 빔부(30)를 구비한다.

기판(S1) 위에는 서로 격리되는 한 쌍의 고정 콘택트 전극(11), 및 이들을 통하여 대칭적으로 배치된 2개의 고정 구동 전극(12)이 설치되어 있다. 도 3은 이들 한 쌍의 고정 콘택트 전극(11) 및 2개의 고정 구동 전극(12)의 기판(S1) 위에서의 패턴 형상을 나타낸다. 각 고정 콘택트 전극(11)은 배선(도시 생략)을 통하여 스위칭 대상의 소정 회로에 접속되어 있다. 각 고정 구동 전극(12)은 배선(도시 생략)을 통하여 그라운드(ground) 접속되어 있다. 한 쌍의 지지부(20)는 이들 전극을 사이에 개재시켜 대칭적으로 배치되어 기판(S1) 및 가동 빔부(30) 사이에 개재된다. 가동 빔부(30)는 막체(31)와, 가동 콘택트 전극(32)과, 2개의 가동 구동 전극(33)과, 2개의 배선부(34)로 이루어진다. 도 4는 막체(31)의 패턴 형상을 나타내고, 도 5는 가동 콘택트 전극(32), 2개의 가동 구동 전극(33), 및 2개의 배선부(34)의 패턴 형상을 나타낸다.

가동 빔부(30)의 막체(31)는 주부(主部)(31A)와, 한 쌍의 단기부(端基部)(31B)와, 이들을 연결하는 4개의 연결부(31C)로 이루어진다. 주부(31A)는 한 쌍의 개구부(31a) 및 복수의 개구부(31b)를 갖는다. 각 개구부(31a)는 고정 콘택트 전극(11)의 단부에 대응하는 개소에 설치되어 있고, 그 개구 형상은 1변이, 예를 들어, 20㎛인 정사각형이다. 개구부(31b)의 개구 형상은 직경이, 예를 들어, 5㎛인 원형이다. 주부(31A)에 대해서 도 4에 나타낸 길이 L1은, 예를 들어, 150∼300㎛이고, 폭 W1은, 예를 들어, 100∼250㎛이다. 막체(31) 내지 가동 빔부(30)에 대해서 부당한 휨을 억제하기 위해서는, 막체(31)의 두께는 바람직하게는 1.5㎛ 이상이고, W1/L1의 값은 바람직하게는 0.4 이상이다. 각 단기부(31B)는 지지부(20)와 직접적으로 접합하는 부위이며, 각 단기부(31B)에 대해서 도 4에 나타낸 폭 W2는, 예를 들어, 100∼200㎛이다. 각 연결부(31C)에 대해서 도 4에 나타낸 폭 W3은, 예를 들어, 5∼30㎛이다. 좁은 연결부(31C)를 통하여 단기부(31B)에 주부(31A)가 연결되는 구조에 기인하여, 막체(31) 내지 가동 빔부(30)에서 양호한 탄성 변형이 얻어지게 된다. 또한, 막체(31)에 있어서, 폭 W2는 주부(31A)의 임의의 에지(edge)로부터 상기 에지에 대하여 가장 가까운 개구부(31b)까지의 길이(예를 들어, 10∼30㎛), 주부(31A) 내에서의 개구부(31b)의 형성 피치(예를 들어, 10∼30㎛), 및 폭 W3보다 길다.

가동 콘택트 전극(32)은 막체(31) 위에서 한 쌍의 고정 콘택트 전극(11)의 단부에 대응하는 개소에 설치되어 있고, 한 쌍의 볼록부(32a)를 갖는다. 각 볼록부(32a)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 막체(31)의 개구부(31a)를 삽통하여 고정 콘 택트 전극(11)에 대향한다. 또한, 가동 콘택트 전극(32)은 막체(31)의 일부의 개구부(31b)에 연통(連通)하는 개구부(32b)를 갖는다.

각 가동 구동 전극(33)은 막체(31) 위에서 고정 구동 전극(12)에 대응하는 개소에 설치되어 있다. 각 가동 구동 전극(33)은 막체(31)의 일부의 개구부(31b)에 연통하는 개구부(33a)를 갖는다.

각 배선부(34)는 막체(31)의 단기부(31B) 위 및 연결부(31C) 위에 그 대략 전체가 설치되어 가동 구동 전극(33)에 연속된다. 양 배선부(34)는 배선(도시 생략)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 양 가동 구동 전극(33)도 전기적으로 접속되어 있다. 각 배선부(34) 위에는 급전용(給電用)의 범프 전극(도시 생략)이 설치되어 있다. 또는, 각 배선부(34)에는 급전용의 와이어(도시 생략)가 접속되어 있다.

이러한 구성의 마이크로 스위칭 소자(X1)에 있어서, 배선부(34)를 통하여 양 가동 구동 전극(33)에 소정의 전위를 부여하면, 2세트의 가동 구동 전극(33) 및 고정 구동 전극(12) 사이에는 정전인력이 발생한다. 그 결과, 가동 빔부(30)는 가동 콘택트 전극(32)의 각 볼록부(32a)가 고정 콘택트 전극(11)에 맞닿아 접하는 위치까지 탄성 변형된다. 이렇게 하여, 마이크로 스위칭 소자(X1)의 폐쇄 상태가 달성된다. 이 폐쇄 상태에서는 가동 콘택트 전극(32)에 의해 한 쌍의 고정 콘택트 전극(11)이 전기적으로 중계되어, 전류가 상기 고정 콘택트 전극쌍(11) 사이를 통과하는 것이 허용된다.

폐쇄 상태에 있는 마이크로 스위칭 소자(X1)에 있어서, 가동 구동 전극(33) 및 고정 구동 전극(12) 사이에 작용하는 정전인력을 소멸시키면, 가동 빔부(30)는 그 자연 상태로 복귀되고, 가동 콘택트 전극(32) 내지 각 볼록부(32a)는 고정 콘택트 전극(11)으로부터 격리된다. 이렇게 하여, 도 2에 나타낸 바와 같은 마이크로 스위칭 소자(X1)의 개방 상태가 달성된다. 개방 상태에서는 한 쌍의 고정 콘택트 전극(11)이 전기적으로 분리되어, 상기 고정 콘택트 전극쌍(11) 사이를 전류가 통과하는 것은 저지된다.

도 6 및 도 7은 마이크로 스위칭 소자(X1)의 제조 방법을 도 2에 상당하는 단면의 변화로서 나타낸다. 마이크로 스위칭 소자(X1)의 제조에서는, 우선, 도 6의 (a)에 나타낸 바와 같이, 기판(S1) 위에 각 고정 콘택트 전극(11) 및 각 고정 구동 전극(12)을 형성한다. 이들의 형성에서는, 우선, 스퍼터링법에 의해 기판(S1) 위에, 예를 들어, Cr을 성막하고, 이어서 그 위에, 예를 들어, Au을 성막한다. Cr막의 두께는, 예를 들어, 50㎚이고, Au막의 두께는, 예를 들어, 300㎚이다. 또한, 기판(S1)은 절연성 기판이며, 예를 들어, 두께 1㎛의 이산화실리콘막에 의해 피복(被覆)된, 고저항 실리콘 재료 기판이나 유리 기판이다. 고정 콘택트 전극(11) 및 고정 구동 전극(12)의 형성에서는, 다음으로, 포토리소그래피법에 의해 상기 도체(導體) 다층막 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 막에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 이렇게 하여, 기판(S1) 위에 도 3에 나타낸 패턴 형상의 고정 콘택트 전극(11) 및 고정 구동 전극(12)을 형성할 수 있다.

마이크로 스위칭 소자(X1)의 제조에서는, 다음으로, 도 6의 (b)에 나타낸 바 와 같이, 고정 콘택트 전극(11) 및 고정 구동 전극(12)을 덮도록 희생층(20')을 형성한다. 희생층(20')의 두께는, 예를 들어, 1∼3㎛이고, 희생층 구성 재료로서는, 예를 들어, 실리콘이나 이산화실리콘을 채용할 수 있다. 상기 희생층 구성 재료로서는, 도프되어 있지 않은 것이 바람직하다. 또한, 희생층(20')을 형성하기 위한 수법으로서는, 예를 들어, 스퍼터링법을 채용할 수 있다.

다음으로, 도 6의 (c)에 나타낸 바와 같이, 희생층(20') 위에 재료막(31')을 형성한다. 재료막(31')의 두께는, 예를 들어, 1.5∼3㎛이고, 성막 수법으로서는, 예를 들어, 플라즈마 CVD법을 채용할 수 있다. 성막 재료로서는, 희생층에 대한 후술하는 에칭 처리에서 희생층 구성 재료와는 에칭 속도가 다른 재료를 채용한다. 예를 들면, 희생층 구성 재료로서 실리콘을 채용할 경우, 상기 성막 재료로서는, 이산화실리콘 또는 질화실리콘을 채용하는 것이 바람직하다. 또는, 희생층 구성 재료로서 이산화실리콘을 채용할 경우에는, 성막 재료로서는 실리콘을 채용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 6의 (d)에 나타낸 바와 같이, 재료막(31')을 패터닝하여 도 4에 나타낸 막체(31)를 형성한다. 구체적으로는, 포토리소그래피법에 의해 재료막(31') 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 재료막(31')에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 본 공정에서는 막체(31)의 외곽 형상과 함께 개구부(31a, 31b)가 형성된다.

다음으로, 희생층(20')에서의, 막체(31)의 개구부(31a)에서 노출되는 개소에 대하여 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이 오목부(20'a)를 형성한다. 구체적으로는, 포토리소그래피법에 의해 막체(31) 위 및 희생층(20') 위에 걸쳐 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 희생층(20')에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 에칭 처리 수법으로서는, 반응성 이온 에칭(RIE)을 채용할 수 있다. 오목부(20'a)의 깊이는, 예를 들어, 0.5∼2.5㎛이다.

다음으로, 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 막체(31) 위에 가동 콘택트 전극(32), 가동 구동 전극(33), 및 배선부(34)를 형성한다. 구체적으로는, 우선, 스퍼터링법에 의해 막체(31) 위 및 희생층(20') 위에 걸쳐, 예를 들어, Cr을 성막하고, 이어서 그 위에, 예를 들어, Au을 성막한다. Cr막의 두께는, 예를 들어, 50㎚이고, Au막의 두께는, 예를 들어, 300㎚이다. 다음으로, 포토리소그래피법에 의해 상기 다층막 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 다층막에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 이렇게 하여, 막체(31) 위에 도 5에 나타낸 패턴 형상의 가동 콘택트 전극(32), 가동 구동 전극(33), 및 배선부(34)를 형성할 수 있다. 가동 콘택트 전극(32)에는 가동 콘택트 전극(32) 및 고정 콘택트 전극(11)의 접촉 시에서의 접촉압을 높이기 위한 볼록부(32a)가 형성된다. 또한, 본 공정에서는 막체(31)의 개구부(31b)와 연통하는 개구부(32b, 33a)가 형성된다.

다음으로, 도 7의 (c)에 나타낸 바와 같이, 희생층(20')의 일부를 제거하여 한 쌍의 지지부(20)를 형성한다. 구체적으로는, RIE에 의해 상기 희생층(20')에 대하여 건식 에칭 처리를 실시한다. 에칭 가스로서는, SF₆ 가스를 채용할 수 있다. 상기 에칭 처리는 막체(31)의 주부(31A) 및 연결부(31C) 전체가 기판(S1)으로부터 적절히 격리된 후에 정지한다. 본 에칭 처리에 있어서, 각 단기부(31B)는 지지부 형성용의 에칭 마스크로서 기능한다. 구체적으로는, 단기부(31B)의 폭 W2는 막체(31)의 주부(31A)의 임의의 에지로부터 상기 에지에 대하여 가장 가까운 개구부(개구부(31b, 32b, 33a)로 이루어지는 개구부)까지의 길이, 막체(31) 내에서의 상기 개구부의 형성 피치, 및 연결부(31C)의 폭 W3보다 길기 때문에, 주부(31A) 및 연결부(31C)가 기판으로부터 격리되어도 단기부(31B) 및 기판(S1) 사이에는 희생층 재료가 남고, 지지부(20)가 형성되는 것이다. 본 에칭 처리에서는 막체(31)의 복수의 개구부(31b), 또는 그 일부에 연통하는 가동 콘택트 전극(32)의 개구부(32b) 및 가동 구동 전극(33)을 통하여 희생층(20')에 대하여 에칭 가스가 작용하고, 주부(31A) 아래의 희생층 재료는 단기부(31B) 아래의 희생층 재료보다도 적극적으로 에칭 작용을 받는다. 지지부(20)의 잔존 형성 시에 이러한 건식 에칭을 채용할 경우에는, 바람직하게는 희생층(20'), 따라서, 지지부(20)는 실리콘으로 이루어지고, 막체(31)는 이산화실리콘 또는 질화실리콘으로 이루어진다.

한 쌍의 지지부(20)의 형성에서는, 상술한 바와 같은 건식 에칭 대신에 습식 에칭을 채용할 수도 있다. 그 경우, 에칭액으로서는, 예를 들어, 불산과 불화암모늄으로 이루어지는 완충된(buffered) 불산(BHF)을 사용하고, 막체(31)의 주부(31A) 및 연결부(31C) 전체가 기판(S1)으로부터 적절히 격리되도록 에칭 처리를 실시한다. 상기 습식 에칭을 채용하는 경우에 있어서도, 건식 에칭을 채용하는 경우와 동일하게, 주부(31A) 및 연결부(31C)가 기판으로부터 격리되어도 단기부(31B) 및 기판(S1) 사이에는 희생층 재료가 남고, 지지부(20)가 형성된다. 지지부(20)의 잔존 형성 시에 이러한 습식 에칭을 채용할 경우에는, 바람직하게는 희생층(20') 내지 지지부(20)는 이산화실리콘으로 이루어지고, 막체(31)는 실리콘으로 이루어진다. 습식 에칭을 채용할 경우, 에칭 처리 후에 건조 공정을 거칠 필요가 있다. 제조 대상의 소자에서의 스티킹(sticking) 현상을 회피한다는 관점에서는 상기 건조 공정에서 이른바 초임계(超臨界) 건조법을 채용하는 것이 바람직하다. 또한, 상술한 바와 같은 건식 에칭을 채용할 경우에는 건조 공정이 필요 없고, 따라서, 스티킹 현상은 발생할 수 없다.

또한, 희생층(20')에 대한 에칭 처리 시에는, 도 8에서 굵은 선으로 나타낸 외곽 형상을 갖는 레지스트 패턴(21)을 에칭 마스크로서 이용할 수도 있다. 각 레지스트 패턴(21)은 막체(31)의 단기부(31B)보다도 소정 치수 크게 패턴 형성된 것이며, 단기부(31B)의 둘레로부터 소정 길이 연장 돌출되는 둘레를 갖는다. 상기 소정 길이는 희생층(20')에 대한 에칭 처리 시에 레지스트 패턴(21)의 아래쪽에 들어가는 언더컷(undercut)의 정도, 즉, 레지스트 패턴(21)의 아래쪽에 형성되는 공극의 치수를 고려하여 설정된다. 단기부(31B)의 아래쪽에 언더컷이 들어가지 않도록 레지스트 패턴(21)의 치수를 설정할 경우, 상기 레지스트 패턴(21)을 마스크로서 이용하여 희생층(20')에 대하여 에칭 처리를 실시하면, 도 9에 나타낸 바와 같이, 단기부(31B)와 대략 동일한 치수의 지지부(20)를 형성할 수 있다. 따라서, 지지부(20)에 대한 형성 목적 치수가 동일하면, 희생층(20')에 대한 에칭 처리 시에 레지스트 패턴(21)을 에칭 마스크로서 이용하는 수법을 채용하면, 막체(31)의 단기 부(31B)에 대해서 보다 작은 치수를 설정하는 것이 가능해진다. 에칭 처리 후, 예를 들어, 산소 플라즈마를 작용시킴으로써 레지스트 패턴(21)을 제거한다.

이상과 같이 하여, 마이크로 스위칭 소자(X1)를 제조할 수 있다. 상술한 방법에서는, 희생층(20')을 형성하기 전에 한 쌍의 지지부(20)를 기판 위에 패턴 형성하기 위한 공정은 필요 없고, 또한, 가동 빔부용의 막체(31)를 희생층(20') 위에 형성하기 전에 희생층(20')을 패터닝하기 위한 공정도 필요 없다. 본 방법에서는, 한 쌍의 지지부(20)는 막체(31) 형성면을 제공한다는 기능을 마친 희생층(20')의 일부(실질적으로 대부분)를 제거할 때에, 희생층 재료에 유래하여 기판(S1) 및 막체(31) 사이에 잔존 형성된다. 이렇게 하여, 본 방법에서는 한 쌍의 지지부(20)가 효율적으로 형성된다. 또한, 본 방법에서는 가동 빔부(30)의 양단부를 보강하기 위한 부재를 형성하기 위한 공정은 필요 없고, 또한, 희생층(20')을 연마하기 위한 공정도 필요 없다. 본 방법에 의하면, 효율적으로 마이크로 스위칭 소자를 제조할 수 있고, 따라서, 마이크로 스위칭 소자를 양호한 제조 수율로 제조할 수 있는 것이다. 이러한 방법은 마이크로 스위칭 소자를 저렴하게 제조하는데 적합하다.

도 10 내지 도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 마이크로 스위칭 소자(X2)를 나타낸다. 도 10은 마이크로 스위칭 소자(X2)의 평면도이다. 도 11 및 도 12는 각각 도 10의 XI-XI선 및 XII-XII선에 따른 부분 단면도이다. 도 13 내지 도 16은 각각 도 11의 XIII-XIII선, XIV-XIV선, XV-XV선, 및 XVI-XVI선에 따른 부분 단면을 포함하는 마이크로 스위칭 소자(X2)의 단면도이다. 마이크로 스위칭 소자(X2)는 베이스부(100) 및 캡부(200)가 적층된 구조를 갖는다.

베이스부(100)는, 예를 들어, 도 13에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 기판(S2)과, 한 쌍의 고정 콘택트 전극(41)과, 2개의 고정 구동 전극(42)과, 전극 패드(43A, 43B, 43C)와, 둘레벽(44)을 갖는다. 도 13은 베이스부(100)의 평면도에 상당한다.

한 쌍의 고정 콘택트 전극(41)은 서로 격리되어 기판(S2) 위에 설치되어 있다. 각 고정 콘택트 전극(41)은 주부(41a) 및 그 한쪽 끝 위에 설치된 볼록부(41b)로 이루어지고, 주부(41a)의 다른쪽 끝에는 전극 패드(43A)가 접속되어 있다. 볼록부(41b)는 가동 콘택트 전극(52) 및 고정 콘택트 전극(41)의 접촉 시에서의 접촉압을 높이기 위한 것이다. 전극 패드(43A) 위에는, 예를 들어, 도 12에 잘 도시되어 있는 바와 같이 범프(45A)가 설치되어 있다. 도 13에서는 각 전극 패드(43A∼43C) 위의 범프 배열 설치 개소를 파선(破線)으로 나타낸다. 각 고정 콘택트 전극(41)은 전극 패드(43A) 및 범프(45A), 배선(도시 생략)을 통하여 스위칭 대상의 소정 회로에 접속되어 있다. 2개의 고정 구동 전극(42)은 한 쌍의 고정 콘택트 전극(41)을 사이에 개재시켜 대칭적으로 기판(S2) 위에 설치되어 있다. 각 고정 구동 전극(42)의 양단에는 전극 패드(43B)가 접속되어 있고, 전극 패드(43B) 위에는, 예를 들어, 도 12에 잘 도시되어 있는 바와 같이 범프(45B)가 설치되어 있다. 각 고정 구동 전극(42)은 전극 패드(43B) 및 범프(45B), 배선(도시 생략)을 통하여 그라운드 접속되어 있다. 또한, 전극 패드(43C) 위에는, 예를 들어, 도 11에 잘 도시되어 있는 바와 같이 범프(45C)가 설치되어 있다. 베이스부(100)에 있어서, 전극 패드(43A∼43C) 및 둘레벽(44)은 기판(S2)의 표면으로부터 동일한 높이를 갖는 다.

캡부(200)는, 예를 들어, 도 10 및 도 14∼도 16에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 기판(S3)과, 가동 빔부(50)와, 한 쌍의 지지 스페이서(60)와, 2개의 내부 밀봉벽(70)과, 둘레벽(80)을 갖는다. 도 10에서는 기판(S3)을 생략한다. 또한, 도 14는 캡부(200)의 평면도에 대략 상당한다.

가동 빔부(50)는 막체(51)와, 가동 콘택트 전극(52)과, 2개의 가동 구동 전극(53)과, 2개의 배선부(54)로 이루어진다. 도 14에는 가동 콘택트 전극(52), 2개의 가동 구동 전극(53), 및 2개의 배선부(54)의 패턴 형상이 도시되어 있고, 도 15에는 막체(51)의 패턴 형상이 도시되어 있다. 가동 빔부(50)는 한 쌍의 지지 스페이서(60)를 통하여 기판(S3)에 접속되며, 상기 한 쌍의 지지 스페이서(60)를 가교하고, 또한, 베이스부(100)에서의 한 쌍의 전극 패드(43C)를 가교하도록 배치되어 있다. 도 16에는 한 쌍의 지지 스페이서(60)의 패턴 형상이 도시되어 있다.

가동 빔부(50)의 막체(51)는, 예를 들어, 도 15에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 주부(51A)와, 한 쌍의 단기부(51B)와, 이들을 연결하는 4개의 연결부(51C)로 이루어진다. 주부(51A)는 복수의 개구부(51a)를 갖는다. 각 개구부(51a)의 개구 형상은 직경이, 예를 들어, 5㎛인 원형이다. 주부(51A)에 대해서, 도 15에 나타낸 길이 L1'는, 예를 들어, 150∼300㎛이고, 폭 W1'는, 예를 들어, 100∼250㎛이다. 막체(51) 내지 가동 빔부(50)에 대해서 부당한 휨을 억제하기 위해서는, 막체(51)의 두께는 바람직하게는 1.5㎛ 이상이고, W1'/L1'의 값은 바람직하게는 0.4 이상이다. 각 단기부(51B)는 지지 스페이서(60)와 직접적으로 접합하는 부위이며, 각 단 기부(51B)에 대해서, 도 15에 나타낸 폭 W2'는, 예를 들어, 100∼200㎛이다. 각 연결부(51C)에 대해서, 도 15에 나타낸 폭 W3'는, 예를 들어, 5∼30㎛이다. 좁은 연결부(51C)를 통하여 단기부(51B)에 주부(51A)가 연결되는 구조에 기인하여, 가동 빔부(50)에서 양호한 탄성 변형이 얻어지게 된다. 또한, 막체(51)에 있어서, 폭 W2'는 주부(51A)의 임의의 에지로부터 상기 에지에 대하여 가장 가까운 개구부(51a)까지의 길이(예를 들어, 10∼30㎛), 주부(51A) 내에서의 개구부(51a)의 형성 피치(예를 들어, 10∼30㎛), 및 폭 W3'보다 길다.

가동 콘택트 전극(52)은 막체(51) 위에서 한 쌍의 고정 콘택트 전극(41)에 대응하는 개소에 설치되어 있다. 또한, 가동 콘택트 전극(52)은 막체(51)의 일부의 개구부(51a)에 연통하는 개구부(52a)를 갖는다.

각 가동 구동 전극(53)은 막체(51) 위에서 고정 구동 전극(42)에 대응하는 개소에 설치되어 있다. 각 가동 구동 전극(53)은 막체(51)의 일부의 개구부(51a)에 연통하는 개구부(53a)를 갖는다.

각 배선부(54)는 막체(51)의 단기부(51B) 및 연결부(51C)에 대응하여 대략 전체가 설치되어 가동 구동 전극(53)에 연속되고, 또한, 전극 패드(43C)에 접합되어 있다. 양 배선부(54)는 전극 패드(43C), 범프(45C), 및 배선(도시 생략)을 통하여 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 양 가동 구동 전극(53)도 전기적으로 접속되어 있다.

내부 밀봉벽(70)은, 예를 들어, 도 12에 잘 도시되어 있는 바와 같이, 다층 구조를 가져 기판(S3) 및 전극 패드(43A, 43B) 사이에 걸쳐 연장되고, 범프(45A, 45B)를 수용하기 위한 캡부(200)의 각 홀(H)의 일부를 규정한다. 또한, 캡부(200)는 전극 패드(43C)에 대응하는 개소에서 기판(S3), 지지 스페이서(60), 단기부(51B), 및 배선부(54)를 관통하는 홀(H)을 갖는다. 범프(45A∼45C)는 대응하는 홀(H)로부터 돌출되어 있다. 또한, 캡부(200)의 둘레벽(80) 및 베이스부(100)의 둘레벽(44)은 도 11에 도시되어 있는 바와 같이 접합하여 둘레 밀봉벽(90)을 구성한다. 기판(S1, S2)과, 둘레 밀봉벽(90)과, 내부 밀봉벽(70)과, 범프(45C) 수용용의 홀(H) 일부를 규정하는 부위(지지 스페이서(60), 막체(51)의 단기부(51B), 배선부(54), 전극 패드(43C))는 소자 내와 소자 외를 격리시키고 있다. 즉, 이들에 의해 가동 콘택트 전극(52)과, 한 쌍의 고정 콘택트 전극(41)과, 2개의 가동 구동 전극(53)과, 2개의 고정 구동 전극(42)은 소자 내에 밀봉되어 있다.

이러한 구성의 마이크로 스위칭 소자(X2)에 있어서, 범프(45C) 및 배선부(54)를 통하여 양 가동 구동 전극(53)에 소정의 전위를 부여하면, 2세트의 가동 구동 전극(53) 및 고정 구동 전극(42) 사이에는 정전인력이 발생한다. 그 결과, 가동 빔부(50)는 가동 콘택트 전극(32)이 양 고정 콘택트 전극(41)의 양 볼록부(41b)에 맞닿아 접하는 위치까지 탄성 변형된다. 이렇게 하여, 마이크로 스위칭 소자(X2)의 폐쇄 상태가 달성된다. 이 폐쇄 상태에서는, 가동 콘택트 전극(52)에 의해 2개의 고정 콘택트 전극(41)이 전기적으로 중계되어, 전류가 상기 고정 콘택트 전극쌍(41) 사이를 통과하는 것이 허용된다.

폐쇄 상태에 있는 마이크로 스위칭 소자(X2)에 있어서, 가동 구동 전극(53) 및 고정 구동 전극(42) 사이에 작용하는 정전인력을 소멸시키면, 가동 빔부(50)는 그 자연 상태로 복귀되고, 가동 콘택트 전극(52)은 양 고정 콘택트 전극(41) 내지 양 볼록부(41b)로부터 격리된다. 이렇게 하여, 도 11에 나타낸 바와 같은 마이크로 스위칭 소자(X2)의 개방 상태가 달성된다. 개방 상태에서는 한 쌍의 고정 콘택트 전극(41)이 전기적으로 분리되어, 전류가 상기 고정 콘택트 전극쌍(41) 사이를 통과하는 것은 저지된다.

도 17 내지 도 19는 마이크로 스위칭 소자(X2)의 제조 방법을 도 11에 상당하는 단면의 변화로서 나타낸다. 도 17은 베이스부(100)의 제조 과정을 나타내는 것이고, 도 18은 캡부(200)의 제조 과정을 나타내는 것이다. 또한, 도 19는 베이스부(100) 및 캡부(200)의 접합 과정 이후를 나타내는 것이다.

마이크로 스위칭 소자(X2)의 베이스부(100)의 제조에서는, 우선, 도 17의 (a)에 나타낸 바와 같이, 고정 콘택트 전극(41)의 주부(41a) 및 고정 구동 전극(42)을 기판(S2) 위에 형성한다. 이들의 형성에서는, 우선, 스퍼터링법에 의해 기판(S2) 위에, 예를 들어, Cr을 성막하고, 이어서 그 위에, 예를 들어, Au을 성막한다. Cr막의 두께는, 예를 들어, 50㎚이고, Au막의 두께는, 예를 들어, 1㎛이다. 또한, 기판(S2)은, 예를 들어, 고저항 실리콘 재료로 이루어지는 절연성 기판이다. 주부(41a) 및 고정 구동 전극(42)의 형성에서는, 다음으로, 포토리소그래피법에 의해 상기 다층 도전막 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 다층막에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 이렇게 하여, 기판(S2) 위에 도 13에 나타낸 패턴 형상의 주부(41a) 및 고정 구동 전극(42)을 형성할 수 있다.

다음으로, 도 17의 (b)에 나타낸 바와 같이, 고정 콘택트 전극(41)의 주부(41a) 위에 볼록부(41b)를 형성한다. 구체적으로는, 우선, 스퍼터링법에 의해 주부(41a) 위에 다시, 예를 들어, Cr을 성막하고, 그 위에, 예를 들어, Au을 성막한다. Cr막의 두께는, 예를 들어, 50㎚이고, Au막의 두께는, 예를 들어, 500㎚이다. 다음으로, 포토리소그래피법에 의해 상기 Au막 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 Au막에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 이렇게 하여, 주부(41a) 위에 볼록부(41b)를 형성할 수 있다.

다음으로, 전극 패드(43C) 및 둘레벽(44)에 대해서 도 17의 (c)에 나타낸 바와 같이, 기판(S2)에 전극 패드(43A∼43C) 및 둘레벽(44)을 형성한다. 구체적으로는, 스퍼터링법에 의해 기판(S2) 위에, 예를 들어, Cr을 성막하고, 그 위에, 예를 들어, Au을 성막한다. Cr막의 두께는, 예를 들어, 50㎚이고, Au막의 두께는, 예를 들어, 2.6㎛이다. 다음으로, 포토리소그래피법에 의해 상기 Au막 위에 소정의 레지스트 패턴을 형성한 후, 상기 레지스트 패턴을 마스크로 하여 상기 Au막에 대하여 에칭 처리를 실시한다. 이렇게 하여, 기판(S2) 위에 도 13에 나타낸 바와 같은 전극 패드(43A∼43C) 및 둘레벽(44)을 형성할 수 있다. 그 후, 고정 구동 전극(42)에는 절연막(도시 생략)을 피복한다. 마이크로 스위칭 소자(X2)의 동작 시에서 고정 구동 전극(42)과 가동 구동 전극(53)의 도통(導通)을 방지하기 위함이다. 이상과 같이 하여 베이스부(100)를 제조할 수 있다.

마이크로 스위칭 소자(X2)의 캡부(200)의 제조에서는, 우선, 도 18의 (a)에 나타낸 바와 같이, 기판(S3) 위에 희생층(60')을 형성한다. 희생층(60')의 두께 는, 예를 들어, 1∼3㎛이고, 희생층 구성 재료로서는, 예를 들어, 실리콘이나 이산화실리콘을 채용할 수 있다. 상기 희생층 구성 재료로서는 도프되어 있지 않은 것이 바람직하다. 희생층(60')을 형성하기 위한 수법으로서는, 예를 들어, 스퍼터링법을 채용할 수 있다.

다음으로, 도 18의 (b)에 나타낸 바와 같이, 희생층(60') 위에 재료막(51')을 형성한다. 재료막(51')의 두께는, 예를 들어, 2㎛이고, 성막 수법으로서는, 예를 들어, 플라즈마 CVD법을 채용할 수 있다. 성막 재료로서는, 희생층(60')에 대한 후술하는 에칭 처리에서 희생층 구성 재료와는 에칭 속도가 다른 재료를 채용한다. 예를 들면, 희생층 구성 재료로서 실리콘을 채용할 경우, 상기 성막 재료로서는, 이산화실리콘 또는 질화실리콘을 채용할 수 있다. 또는, 희생층 구성 재료로서 이산화실리콘을 채용할 경우에는, 성막 재료로서는 실리콘을 채용할 수 있다.

다음으로, 도 18의 (c)에 나타낸 바와 같이, 재료막(51')을 패터닝하여 막체(51) 및 벽 패턴(81)을 형성한다. 이 때, 개구 후의 형상에 의해 도 15에 나타낸 벽 패턴(71)도 패턴 형성한다. 구체적으로는, 마이크로 스위칭 소자(X1)의 막체(31) 형성에 관하여 상술한 것과 동일하다. 본 공정에서는 막체(51)의 외곽 형상과 함께 개구부(51a)가 형성된다. 또한, 벽 패턴(71)은 상술한 내부 밀봉벽(70)의 일부를 구성하는 것이며, 벽 패턴(81)은 상술한 둘레벽(80)의 일부를 구성하는 것이다.

다음으로, 도 18의 (d)에 나타낸 바와 같이, 막체(51) 위에 가동 콘택트 전극(52), 가동 구동 전극(53), 및 배선부(54)를 형성하고, 또한, 벽 패턴(81) 위에 벽 패턴(82)을 형성한다. 이 때, 개구 후의 형상에 의해 도 14에 나타낸 벽 패턴(72)도 패턴 형성한다. 구체적으로는, 마이크로 스위칭 소자(X1)의 막체(31) 위로의 가동 콘택트 전극(32), 가동 구동 전극(33), 및 배선부(34)의 형성 수법에 관하여 상술한 것과 동일하다. 또한, 벽 패턴(72)은 상술한 내부 밀봉벽(70)의 일부를 구성하는 것이며, 벽 패턴(82)은 상술한 둘레벽(80)의 일부를 구성하는 것이다.

다음으로, 도 18의 (e)에 나타낸 바와 같이, 건식 에칭 또는 습식 에칭에 의해, 희생층(60')의 일부를 제거하여 한 쌍의 지지 스페이서(60) 및 벽 패턴(83)을 잔존 형성한다. 이 때, 개구 후의 형상에 의해 도 16에 나타낸 벽 패턴(73)도 잔존 형성한다. 구체적으로는, 마이크로 스위칭 소자(X1)의 한 쌍의 지지부(20) 형성 수법에 관하여 상술한 것과 동일하다. 또한, 벽 패턴(73)은 상술한 내부 밀봉벽(70)의 일부를 구성하는 것이며, 벽 패턴(83)은 상술한 둘레벽(80)의 일부를 구성하는 것이다. 이상과 같이 하여, 기판(S3)과, 가동 빔부(50)와, 한 쌍의 지지 스페이서(60)와, 내부 밀봉벽(70)(벽 패턴(71, 72, 73))과, 둘레벽(80)(벽 패턴(81, 82, 83))을 갖는 캡부(200)를 제조할 수 있다.

마이크로 스위칭 소자(X2)의 제조에서는, 상술한 바와 같이 하여 제조한 베이스부(100) 및 캡부(200)를 도 19의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이 접합한다. 구체적으로는, 도 13에 도시되어 있는 베이스부(100)의 둘레벽(44) 및 전극 패드(43A∼43C)와, 도 14에 도시되어 있는 캡부(200)의 둘레벽(80)의 벽 패턴(82), 내부 밀봉벽(70)의 벽 패턴(72), 및 배선부(54)를 접합한다. 상기 접합부의 계면(界面)이 모두 Au으로 이루어질 경우, 예를 들어, 300℃ 정도로 가열하면서 가압함으 로써 베이스부(100) 및 캡부(200)를 적절히 접합할 수 있다. 상기 Au 접합에 의하면, 고정 콘택트 전극(41)이나 가동 콘택트 전극(52)에 흡착되어 상기 콘택트 전극(41, 52)을 열화(劣化)시키는 가스가 접합 계면으로부터 발생하지 않는다. 따라서, 상기 Au 접합은 소자의 수명 장기화의 관점에서 유리하다.

다음으로, 습식 에칭에 의해 기판(S3)을, 예를 들어, 100㎛의 두께로 될 때까지 얇게 한 후, 도 19의 (c)에 나타낸 바와 같이, 캡부(200)에 대하여 홀(H)을 형성한다. 습식 에칭에서의 에칭액으로서는 알칼리 용액을 사용할 수 있다. 홀 형성 수법으로서는, 예를 들어, RIE를 채용할 수 있다. 그 후, 범프(45C)에 대해서, 도 19의 (d)에 나타낸 바와 같이 범프(45A∼45C)를 대응하는 홀(H) 내에 형성한다.

이상과 같이 하여, 마이크로 스위칭 소자(X2)를 제조할 수 있다. 상술한 방법에서는, 희생층(60')을 형성하기 전에 한 쌍의 지지 스페이서(60)를 기판 위에 패턴 형성하기 위한 공정은 필요 없고, 또한, 가동 빔부용의 막체(51)를 희생층(60') 위에 형성하기 전에 희생층(60')을 패터닝하기 위한 공정도 필요 없다. 본 방법에서는, 한 쌍의 지지 스페이서(60)는 막체(51) 형성면을 제공한다는 기능을 마친 희생층(60')의 일부(실질적으로 대부분)를 제거할 때에, 희생층 재료에 유래하여 기판(S3) 및 막체(51) 사이에 잔존 형성된다. 이렇게 하여, 본 방법에서는 한 쌍의 지지 스페이서(60)가 효율적으로 형성된다. 또한, 본 방법에서는 가동 빔부(50)의 양단부를 보강하기 위한 부재를 형성하기 위한 공정은 필요 없고, 또한, 희생층(60')을 연마하기 위한 공정도 필요 없다. 본 방법에 의하면, 효율적으로 마이크로 스위칭 소자를 제조할 수 있고, 따라서, 마이크로 스위칭 소자를 양호한 제조 수율로 제조할 수 있는 것이다. 이러한 방법은 마이크로 스위칭 소자를 저렴하게 제조하는데 적합하다.

또한, 본 방법은 SOI 기판을 사용할 필요가 없기 때문에 저렴하다. 본 방법에서는, 마이크로 스위칭 소자(X2)의 제조 과정에서 효율적으로 웨이퍼 레벨 패키지가 실현되고 있다. 따라서, 본 방법은 소자 개편(個片)을 얻기 위한 다이싱(dicing) 공정이나 그 이외의 공정에서의 핸들링 시에 가동 빔부의 파손(破損)을 억제하는데 적합하다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 마이크로 스위칭 소자를 양호한 제조 수율로 제조할 수 있다.

Claims

기판과,

서로 격리되어 상기 기판에 고정된 한 쌍의 지지부와,

상기 한 쌍의 지지부를 가교(架橋)하는 막체(膜體), 상기 막체 위에 배치된 가동(可動) 콘택트 전극 및 가동 구동 전극을 갖는 가동 빔부(梁部)와,

상기 가동 콘택트 전극에 대향하는 한 쌍의 고정 콘택트 전극과,

상기 가동 구동 전극과 협동하여 정전기력을 발생시키기 위한 고정 구동 전극을 구비하는 마이크로 스위칭 소자를 제조하기 위한 방법으로서,

기판 위에 희생층을 형성하기 위한 희생층 형성 공정과,

상기 희생층 위에 막체를 형성하기 위한 막체 형성 공정과,

서로 격리되어 상기 기판 및 상기 막체 사이에 개재되는 한 쌍의 지지부가 잔존(殘存) 형성되도록 상기 희생층에 대하여 상기 막체를 통하여 에칭 처리를 실시하기 위한 지지부 형성 공정을 포함하는 마이크로 스위칭 소자 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 희생층 형성 공정 전에, 고정 구동 전극 및 한 쌍의 고정 콘택트 전극을 상기 기판 위에 형성하기 위한 공정을 포함하며, 상기 막체 형성 공정에서 형성되는 상기 막체는, 상기 한 쌍의 고정 콘택트 전극에 대응하는 개소에 1개 이상의 개구부를 갖고, 상기 막체 형성 공정의 후로서 상기 지지부 형성 공정 전에, 상기 개구부를 삽통(揷通)하여 상기 한 쌍의 고정 콘택트 전극에 대향하는 부위를 갖는 가동 콘택트 전극 및 가동 구동 전극을 상기 막체 위에 형성하기 위한 공정을 포함하는 마이크로 스위칭 소자 제조 방법.
제 1 항에 있어서,

고정 구동 전극 및 한 쌍의 고정 콘택트 전극을 추가 기판 위에 형성하기 위한 공정과, 상기 가동 콘택트 전극과 상기 한 쌍의 고정 콘택트 전극이 대향하고, 또한, 상기 가동 구동 전극과 상기 고정 구동 전극이 대향하도록 상기 기판 및 상기 추가 기판을 1개 이상의 접합벽을 통하여 접합하기 위한 공정을 더 포함하는 마이크로 스위칭 소자 제조 방법.
제 3 항에 있어서,

상기 기판, 상기 추가 기판, 및 상기 접합벽은 상기 가동 콘택트 전극, 상기 한 쌍의 고정 콘택트 전극, 상기 가동 구동 전극, 및 상기 고정 구동 전극을 소자 외부로부터 격절(隔絶)시키는 마이크로 스위칭 소자 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 희생층은 실리콘으로 이루어지고, 상기 막체는 이산화실리콘 또는 질화실리콘으로 이루어지는 마이크로 스위칭 소자 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 희생층은 이산화실리콘으로 이루어지고, 상기 막체는 실리콘으로 이루어지는 마이크로 스위칭 소자 제조 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 막체의 두께는 1.5㎛ 이상인 마이크로 스위칭 소자 제조 방법.
기판과,

서로 격리되어 상기 기판에 고정된 한 쌍의 지지부와,

상기 한 쌍의 지지부를 가교하는 막체, 상기 막체 위에 배치된 가동 콘택트 전극 및 가동 구동 전극을 갖는 가동 빔부와,

상기 기판 위에 설치되어 상기 가동 콘택트 전극에 대향하는 한 쌍의 고정 콘택트 전극과,

상기 가동 구동 전극과 협동하여 정전기력을 발생시키기 위한, 상기 기판 위에 설치된 고정 구동 전극을 구비하고,

상기 막체는 상기 한 쌍의 지지부 사이를 연장하는 주부(主部)와, 상기 주부에 연결부를 통하여 접속된 한 쌍의 단기부(端基部)를 포함하며,

상기 한 쌍의 지지부는, 상기 기판 및 상기 막체와는 다른 재료로 이루어지는 희생층의 일부를 제거함으로써, 상기 기판 및 상기 가동 빔부 사이에서, 상기 막체의 한 쌍의 단기부에 대응하는 위치에 잔존 형성된 것인 마이크로 스위칭 소자.
제 1 기판 및 이것에 대향하는 제 2 기판과,

서로 격리되어 상기 제 1 기판에 고정된 한 쌍의 지지부와,

상기 한 쌍의 지지부를 가교하는 막체, 상기 막체 위에 배치된 가동 콘택트 전극 및 가동 구동 전극을 갖고, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 사이에 위치하는 가동 빔부와,

상기 제 2 기판 위에 설치되어 상기 가동 콘택트 전극에 대향하는 한 쌍의 고정 콘택트 전극과,

상기 가동 구동 전극과 협동하여 정전기력을 발생시키기 위한, 상기 제 2 기판 위에 설치된 고정 구동 전극과,

상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 사이에 개재되는 접합벽을 구비하고,

상기 막체는 상기 한 쌍의 지지부 사이를 연장하는 주부와, 상기 주부에 연결부를 통하여 접속된 한 쌍의 단기부를 포함하며,

상기 한 쌍의 지지부는, 상기 제 1 기판 및 상기 막체와는 다른 재료로 이루어지고, 상기 제 1 기판 및 상기 가동 빔부 사이에서, 상기 막체의 한 쌍의 단기부에 대응하는 위치에 형성된 것이며,

상기 제 1 기판, 상기 제 2 기판, 및 상기 접합벽은 상기 가동 콘택트 전극, 상기 한 쌍의 고정 콘택트 전극, 상기 가동 구동 전극 및 상기 고정 구동 전극을 소자 외부로부터 격절시키는 마이크로 스위칭 소자.
제 9 항에 있어서,

상기 한 쌍의 지지부는, 상기 제 1 기판 및 상기 가동 빔부 사이에 일단 개재되는 희생층의 일부를 제거함으로써 잔존 형성된 것인 마이크로 스위칭 소자.