KR100661176B1

KR100661176B1 - Ｍｅｍｓ 스위치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100661176B1
Application number: KR1020040107858A
Authority: KR
Inventors: 신형재; 김규식; 권순철; 이상훈; 김재흥
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-12-17
Filing date: 2004-12-17
Publication date: 2006-12-26
Also published as: EP1672662B1; US7342710B2; JP2006173132A; KR20060068915A; US7251069B2; DE602005007688D1; JP4027388B2; US20060132891A1; EP1672662A1; US20070227863A1

Abstract

개시된 MEMS 스위치는 기판과, 기판상의 양측에 형성되고 스위칭접점부를 갖는 복수의 신호라인과, 기판상에 형성되며 복수의 신호라인의 사이에 형성된 복수의 고정전극과, 기판의 중앙을 중심으로 시소 운동하는 이너작동부재와, 이너작동부재의 시소운동에 연동되어 시소운동하는 아우터작동부재와, 이너작동부재의 상면 양단에 형성되되 그 단부가 아우터작동부재의 상부에 오버랩되도록 돌출 형성된 가압로드, 및 가압로드가 가압되는 위치인 아우터작동부재의 하면에 형성되어 신호라인의 스위칭접점부와 접촉되는 접촉부재를 포함한다. 이러한 구성을 통해 스위칭접점부의 스위칭 동작성을 향상시켜 삽입손실이 발생되는 것을 줄이고, 스틱션을 효과적으로 해소함과 아울러서 저전압 구동이 가능하다.

MEMS, 스위치, 스틱션(Stiction), 삽입손실. 신호라인, 전극

Description

ＭＥＭＳ 스위치 및 그 제조 방법{Micro Mechanical Electro System Switch and the Method of it}

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 MEMS 스위치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도,

도 2는 상기 도 1의 "Ⅰ"표시부를 확대 도시한 확대도,

도 3은 상기 도 1의 평면도,

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 MEMS 스위치가 동작되는 상태를 나타내는 도면들로서, 도 3의 선 Ⅲ-Ⅲ'를 따른 단면도, 그리고,

도 5a 내지 도 5m은 본 발명에 의한 MEMS 스위치가 제조되는 과정을 도시한 도면들로서, 도 3의 선 Ⅲ-Ⅲ'를 취해서 절단된 단면도들이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 마이크로 스위치 101 : 기판

103 : 제 1앵커 105 : 제 2앵커

111,113 : 제 1,2그라운드 131,133 : 제 1,2고정전극

151,153 : 제 1,2신호라인 151a,153a : 제 1,2스위칭접점부

170 : 작동부재 171 : 이너작동부재

173 : 아우터작동부재 175a, 175b : 제 1,2스프링암

179a,179b : 제 1,2접촉부재 191 : 금속층

201,203,209,211 : 제 1,2,3,4희생층

203a : 접촉부재홀 203b : 앵커홀

207a : 제 1절연층 207b : 금속층

207c : 제 2절연층

본 발명은 MEMS(Micro Electro Mechanical System)스위치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

MEMS 기술을 이용한 RF(Radio Frequency) 소자 중 현재 가장 널리 제작되고 있는 것은 스위치이다. RF 스위치는 마이크로파나 밀리미터파 대역의 무선통신 단말기 및 시스템에서 신호의 선별 전송이나 임피던스 정합 회로 등에서 많이 응용되는 소자이다.

이러한 MEMS 스위치에 관한 것으로서, 미국특허 번호 US 6,307,169, (발명자 : Sun et al.) 가 개시된 바 있다.

개시된 MEMS 스위치는 기판상에서 멤브레인타입의 전극을 지지하는 힌지(hinge)를 갖는다. 힌지는 앵커에 의해 기판과 연결되는 제어전극(control electrode)과, 힌지컬러(hinge collar)와, 힌지암 세트를 갖는다. 제어전극은 기판상에 형성된 제어전극으로부터 분리되고, 연결되는 단락바(shorting bar)를 갖는 다. 이에 더하여, 기판과 제어전극의 사이에는 트레블스톱(travel stop)이 마련되어 스틱션이 발생되는 것을 방지하도록 한다.

MEMS 스위치의 또 다른 예로 일본공개특허공보(공개번호 : 특개2001-143595호, 발명자 : TSUI KUINGU SAN)가 개시된 바 있다.

개시된 MEMS 스위치는 스프링 현가장치상에 현가된 마이크로플레이트프레임 구조를 이용하고, 기판상에 형성된다. 스프링현가장치는 일단부에 앵커가 부착되고, 신호라인상에 실질적으로 직교하는 방향으로 신장된다. 마이크로플레이트프레임은 신호라인내의 갭에 대향해서 배치된 단락편을 갖고, 전기접점포스트가 신호라인상에 형성되어서 콘덴서구조를 형성한다. 그 콘덴서구조는 선택된 전압이 인가되어 정전기에 의해 하부전극의 방향으로 당겨진다.

상술한 바와 같은 MEMS 스위치의 결점은 정전력을 사용함으로써 구동전압이 크고 스틱션(stiction) 현상이 발생하는 것이다. 스틱션 현상은 마이크로 구조물의 표면에 의도하지 않는 접착(adhesion)이 발생하여 회복하려는 힘이 모세관(Caplilary)힘, 반 데르 발스(Van der Walls)힘, 정전력(electrostatic force)과 같은 표면에 작용하는 힘을 극복하지 못하고 영구적으로 붙어있는 현상을 말한다.

또한, 상술한 미국특허 번호 US 6,307,169의 단락바 및 일본공개특허공보(공개번호 : 특개2001-143595호)의 단락편의 접촉 상태가 불량할 경우 신호 전달이 양호하게 되지 못하고 삽입손실(Insertion Loss) 발생되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 스틱션 페일 및 삽입손실을 줄이고, 저전압 구동이 가능한 MEMS 스위치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상술한 MEMS 스위치를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점(Aspect)을 따르면, 기판; 상기 기판의 상면 양측에 형성되고 스위칭접점부를 갖는 복수의 신호라인; 상기 기판의 상면에 형성되며, 상기 복수의 신호라인의 사이에 형성된 복수의 고정전극; 상기 기판의 중앙을 중심으로 시소 운동하는 이너작동부재; 상기 이너작동부재의 시소운동에 연동되어 시소운동하는 아우터작동부재; 상기 이너작동부재의 상면 양단에 형성되되 그 단부가 상기 아우터작동부재의 상부에 오버랩되도록 돌출 형성된 가압로드; 및 상기 가압로드가 가압되는 위치인 상기 아우터작동부재의 하면에 형성되어 상기 신호라인의 스위칭접점부와 접촉되는 접촉부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치가 제공된다.

상기 아우터작동부재는 상기 이너작동부재의 외측에 소정의 간격을 유지하며 상기 이너작동부재를 에워싸는 형태로 형성된 것이 바람직하다.

상기 이너작동부재의 시소운동은 상기 기판의 중심에 형성된 제 1앵커와, 상기 이너작동부재의 중앙부 양측에서 내부로 연장 형성되어 상기 제 1앵커에 의해 지지되는 제 1스프링암에 의하고, 상기 아우터작동부재의 시소운동은 상기 기판의 중앙부 양측에 형성된 제 2앵커와, 상기 제 2앵커에 의해 지지되고, 상기 작동부재 의 중앙부에서 외측으로 연장 형성된 제 2스프링암에 의하는 것이 바람직하다.

상기 이너작동부재 및 상기 아우터작동부재는 그 상면이 동일 평면상태를 유지하고; 상기 가압로드는 상기 이너작동부재 및 상기 아우터작동부재의 상면으로부터 소정 거리 이격되게 형성된 것이 바람직하다.

상기 접촉부재는 도전성 금속으로 형성된 것이 바람직하며 상기 도전성 금속은 금(Au)으로 함이 보다 바람직하다.

상기 이너작동부재 및 아우터작동부재는 금속층으로 구성되고; 상기 고정전극의 상측에는 절연층이 추가로 형성된 것이 바람직하다.

또한, 상기 이너작동부재 및 아우터작동부재는 제1절연층 및 금속층으로 구성된 것이 바람직하다.

또 다른 예로, 상기 이너작동부재 및 아우터작동부재는 제 1절연층, 금속층및 제 2절연층으로 구성된 것이 바람직하다.

상기 가압로드는 절연성 재질로 형성된 것이 바람직하다.

상기 제 2스프링은 상기 제 1스프링의 강성(STIFFNESS)보다 크게 형성됨이 바람직하며, 상기 제 2스프링의 강성을 크게 하기 위하여 상기 제 2스프링의 폭을 상기 제 1스프링의 폭보다 크게 하는 것이 바람직하다.

상기 제 1앵커 및 상기 제 2앵커는 동일축선상에서 소정의 간격을 두고 형성된 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 관점에 의하면, 기판상에 금속층을 증착하고 스위칭접점부를 갖는 신호라인 및 고정전극을 패터닝하는 단계; 상기 신호라인 및 고정전극이 패터닝된 상면에 제 1희생층을 증착하는 단계; 상기 제 1희생층의 상측에 제 2희생층을 증착하고, 상기 스위칭접점부에 대응하는 위치에 소정의 접촉부재홀을 형성하는 단계; 상기 제 2희생층의 상측에 접촉부재층을 증착하고, 상기 접촉부재홀에 매몰된 부위만 남겨서 접촉부재를 패터닝하는 단계; 상기 접촉부재가 형성된 상기 접촉부재층의 상면에 작동부재층을 증착하고, 이너작동부재 및 아우터작동부재를 패터닝하는 단계; 상기 이너작동부재 및 아우터작동부재가 형성된 상측에 제 3희생층을 증착하고, 가압로드의 갭을 형성시키기 위한 갭형성부를 패터닝하는 단계; 상기 제 3희생층의 상측에 4희생층을 증착하고 가압로드지지홀을 패터닝하는 단계; 상기 제 4희생층의 상측에 가압로드층을 증착하고, 가압로드를 패터닝하는 단계; 및 상기 제 1,2,3,4희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법이 제공된다.

상기 작동부재층을 증착하는 단계에서, 상기 작동부재층은 금속층으로 하고; 상기 신호라인 및 고정전극이 패터닝된 상면에 제 1희생층을 증착하는 단계의 전단계에서 상기 금속층과의 절연을 위하여 상기 고정전극의 상측에 절연층을 형성하는 단계;가 더 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 작동부재층을 증착하는 단계에서, 상기 작동부재층은 제 1절연층 및 금속층이 차례로 적층되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 작동부재층을 증착하는 단계에서, 상기 작동부재층은 제 1절연층, 금속층, 제 2절연층이 차례로 적층되는 것이 바람직하다.

상기 기판상에 금속층을 증착하고 스위칭접점부를 갖는 신호라인 및 고정전 극을 패터닝하는 단계에서, 상기 이너작동부재를 시소 운동가능하게 지지하는 제 1앵커 및 상기 아우터작동부재를 시소 운동가능하게 지지하는 제 2앵커가 패터닝되는 단계;가 더 포함되는 것이 바람직하다.

상기 제 1앵커 및 제 2앵커는 소정의 간격을 두고 동일축상에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 이너작동부재 및 아우터작동부재를 패터닝하는 단계에서, 상기 이너작동부재의 중앙부 양측에서 내측을 향하여 상기 제 1앵커에 연장되는 제 1스프링암이 형성되는 단계;와 상기 아우터작동부재의 중앙부 양측에서 그 외측을 향하여 제 2앵커에 연장되는 제 2스프링암이 형성되는 단계;가 추가로 포함되는 것이 바람직하다.

상기 제 2스프링암은 상기 제 1스프링암의 강성(STIFNESS)보다 크게 형성하며, 상기 제 2스프링암의 강성 증가는 상기 제 1스프링암의 폭보다 상기 제 2스프링암의 폭을 넓게 하는 것에 의함이 바람직하다.

상기 가압로드층은 절연재질로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 접촉부재는 금(Au)으로 형성하는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다.

이하의 도면에서 도시된 MEMS 스위치는 실물에 비하여 확대 도시된 것으로서, 특히, 설명의 용이성을 위하여 Y방향이 다소 과장되게 표현되었다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 MEMS 스위치의 구조를 개략적으로 도시한 사시도, 도 2는 상기 도 1의 "Ⅰ"표시부를 확대 도시한 확대도, 도 3은 상기 도 1의 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 기판(101)상에는 제1,2그라운드(111,113), 제1,2고정전극(131,133), 제1,2신호라인(151,153)들이 소정의 간격을 두고 형성된다. 예컨대, 제1,2그라운드(111,113), 제1,2고정전극(131,133) 및 제1,2신호라인(151,153)은 2㎛의 두께로 형성된다. 또한 제1,2신호라인(151,153)의 폭이 50㎛일때, 제1,2신호라인(151,153)과 제1,2고정전극(131,133)의 간격, 그리고 제1,2신호라인(151,153)과 제1,2그라운드(111,113)의 간격은 각각 32㎛로 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 제 1,2신호라인(151,153)들은 소정의 갭, 바람직하게 1.0㎛를 두고 형성된 제 1,2스위칭접촉부(151a,153a)를 이룬다. 기판(101)은 고저항 기판 예컨대, 실리콘 웨이퍼 등이 사용되며, 제 1,2그라운드(111,113), 제 1,2고정전극(131,133), 제 1,2신호라인(151,153)들은 도전성 금속층 예컨대, 금(Au)으로 형성된다.

기판(101)의 중앙부에는 제 1앵커(103)가 마련되고, 상기 제 1앵커(103)와 동일축선상으로 하여 그 양측에는 제 2앵커(105)가 마련된다.

작동부재(170 : Actuating Member)는 이너작동부재(171)와 아우터작동부재(173)로 구성된다. 이너작동부재(171)는 구동기능을 담당하고, 아우터작동부재(173)는 스위치 접촉기능을 담당하는 것으로서, 이너작동부재(171)의 시소 운동에 연동되어 아우터작동부재(173)가 시소 운동하도록 구성된다.

그에 대하여 상세히 설명하면, 이너작동부재(171)는 기판(101)로부터 소정의 간격(H₁), 바람직하게는 H₁=2㎛를 이루도록 설치됨과 아울러서, 제 1앵커(103) 및 제 1스프링암(175a)을 통해 시소 운동가능하게 설치된다. 즉, 제 1스프링암(175a)은 제 1앵커(103)에 의해 그 중앙부가 지지되며 이너작동부재(171)의 내부 양측으로부터 제 1앵커(103)로 연장되도록 형성된다. 여기서, 이너작동부재(171)는 대략 평판 형태를 취하되, 그 양단이 중심을 향하여 점차 소폭을 이루며, 그 양단에 외팔보 형태(CANTILEVER TYPE)의 제 1,2가압로드(177a,177b : PUSHING ROD)가 마련된다.

이때, 제 1,2가압로드(177a,177b)는 이너작동부재(171)의 상면으로부터 소정간격(H₂), 바람직하게는 H₂=0.7㎛를 이루도록 형성됨과 아울러서 아우터작동부재(173)의 상부와 오버랩되도록 이너작동부재(171)의 양단 외측으로 돌출되게 형성된다. 제 1,2가압로드(177a,177b)는 절연성 재질로 형성된다. 여기서, 제1,2가압로드(177a,177b)는 그 길이가 짧고 두께가 두껍게 형성되어 자체 변형이 최소화됨으로써 아우터작동부재(173)의 접촉점을 효과적으로 가압한다. 바람직하게 제1,2가압로드(177a,177b)는 1㎛의 두께로 형성된다.
따라서,후술될 제 1,2접촉부재(179a,179b)의 접촉력을 향상시킬 수 있다.

아우터작동부재(173)는 이너작동부재(171)가 시소운동할 때 제 1,2가압로드(177a,177b)의 접촉력에 의해 연동되어 시소운동하도록 설치된 것으로서, 이너작동부재(171)의 외부라인과 대응된 형성을 취하고, 이너작동부재(171)를 에워싸는 링형태를 이룬다. 이때, 아우터작동부재(173)는 이너작동부재(171)와 미소 간격(d), 바람직하게는 d=5㎛를 유지하며, 그 상면이 이너작동부재(171)의 상면과 동일 평면을 이루도록 형성된다.

아우터작동부재(173)의 중앙부 양측에는 그 외측으로 하여 제 2스프링암(175b)이 연장되어 형성되고, 제 2스프링암(175b)은 제 2앵커(105)에 의해 지지되어 아우터작동부재(173)가 시소 운동가능하게 지지한다. 여기서, 제 2스프링암(175b)은 제 1스프링암(175a)에 비하여 강성(STIFFNESS)을 크게 형성함이 바람직하다. 강성을 크게 하는 것은 제 2스프링암(175b)의 두께 또는 폭을 제 1스프링암(175a)에 비하여 크게 하는 것에 의할 수 있다. 도면에서는 제 1,2스프링암(175a,175b)이 동일한 두께로 형성되고, 제 2 스프링암(175b)의 폭(W)을 상대적으로 증대시킨 것이 도시되고 있다. 바람직하게는 W=5㎛이다.

상술한 이너작동부재(171) 및 아우터작동부재(173)는 제 1절연층(207a), 금속층(207b), 제 2절연층(207c)의 3층으로 구성된다. 이와 같이 3층을 구성함은 열적 변형을 줄이는 이점이 있다. 여기서, 이너작동부재(171) 및 아우터작동부재(173)는 동일레이어로 형성되어 패터닝 작업에 의해 분리되는 구조로서, 각 층의 부호는 동일부호로 명기한다. 그 레이어구조에 대해서는 후술되는 제작과정에서 보다 상세히 설명한다.

이너작동부재(171) 및 아우터작동부재(173)는 상술한 3층 구조로 한정된 것은 아니며, 단순히 전극 본래의 기능만을 수행하도록 금속층(207b)으로만 구성할 수 있다. 이와 같은 경우 제 1,2 고정전극(131,133)과의 절연을 위하여 제 1,2고정전극(131,133)의 상측에 별도의 절연층을 형성할 것이 요구된다.

또한, 이너작동부재(171) 및 아우터작동부재(173)는 제 1절연층(207a) 및 금속층(207b)의 2층으로 구성할 수 있다. 이와 같은 경우 제 1,2고정전극(131,133)에 절연층을 추가로 형성시킬 필요는 없다.

한편, 아우터작동부재(173)의 하면 양측에는 제 1,2접촉부재(179a,179b : Contacting Member)가 마련된다. 제 1,2접촉부재(179a,179b)는 제 1,2가압로드(177a,177b)와 대응하는 위치에 마련되어 제 1,2가압로드(177a,177b)의 가압력이 효과적으로 전달되어 접촉력이 향상된다. 따라서, 삽입손실(Iserting Loss)률을 줄이는 이점이 있다.

다음은 상술한 바와 같이 구성된 MEMS 스위치의 동작원리에 대해서 간략하게 설명한다.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명에 의한 MEMS 스위치가 동작되는 상태를 나타내는 도면들로서, 도 3의 선 Ⅲ-Ⅲ'를 따른 단면도이다.

도 4a를 참조하면, 제 1,2고정전극(131,133)에 전압이 인가되지 않은 초기 상태에서는 이너작동부재(171) 및 아우터작동부재(173)는 기판(101)과, 소정의 간격(H₁) 떨어진 상태로 수평상태를 유지한다.

도 3,4b를 참조하면, 제 1고정전극(131)에 소정의 전압이 인가되면, 제 1고정전극(131) 및 제 1고정전극(131)의 상부에 대응하는 이너작동부재(171)의 사이에 대전이 일어나고, 정전 인력에 의해 이너작동부재(171)가 기판(101)측으로 이끌리게 된다. 이너작동부재(171)가 이끌리게 됨으로써 이너작동부재(171)의 상면에 형성된 제 1가압로드(177a)는 아우터작동부재(173)의 상면을 누르고, 그 가압력에 의하여 아우터작동부재(173)가 기판(101)쪽으로 하향 회전한다. 이어서, 아우터작동부재(173)의 하면에 형성된 제 1접촉부재(179a)가 제 1신호라인(151)의 제 1스위칭접점부(151a)와 접촉되어 제 1신호라인(151)을 연결한다. 이때, 제 1가압로드(177a)는 제 1접촉부재(179a)가 위치하는 바로 윗부분을 직접 가압함에 따라 제 1접촉부재(179a)의 접촉력(contacting force)을 향상시킨다. 따라서 접촉 저항(contacting resist)이 감소되고, 제 1신호라인(151)의 삽입손실을 감소시킨다.

도 3, 4c를 참조하면, 제 2고정전극(133)에 구동전압을 인가하면 제 2고정전 극(133) 및 그에 대응하는 측의 이너작동부재(171)의 사이에 대전이 일어나고, 상술한 제 1스위칭접점부(151a)와 접촉되는 동일한 원리에 의해 제 2접촉부재(179b)는 제 2스위칭접점부(153a)와 접촉되어 제 2신호라인(153)을 연결한다.

이때, 제 1접촉부재(179a)측에서 스틱션(Stiction)이 비록 발생하였더라도 이너작동부재(171)의 구동에 의하여 쉽게 극복될 수 있다. 즉, 제 1가압로드(177a) 는 절연재질로 형성되고, 아우터작동부재(173)의 상단층은 제 1절연층(207c)로 형성됨에 따라 제 1가압로드(177a) 및 아우터작동부재(173)간의 스틱션 현상은 유발되지 않는다. 따라서, 실질적으로 스틱션이 발생되는 면적은 이너작동부재(171)의 전극 면적보다 아우터작동부재(177)에 한정된다. 그런데, 아우터작동부재(177)의 전극면적은 작기 때문에 제 2스위칭접점부(153a)를 스위칭시키기 위해 구동되는 이너작동부재(171)의 구동력만으로도 충분히 제 1접촉부재(179a)에서 발생된 스틱션은 쉽게 해소될 수 있다.

한편, 제 2스프링암(175b)은 강성이 높게 설계되어 큰 복원력을 얻을 수 있어 스틱션 해소에 도움을 준다. 이에 반하여, 제 1스프링암(175a)은 강성이 낮게 설계되어 저전압 구동이 가능하게 된다.

다음은 상술한 MEMS 스위치가 제조되는 과정에 대해서 설명한다.

도 5a 내지 도 5m은 본 발명에 의한 MEMS 스위치가 제조되는 과정을 도시한 도면들이다. 이들 도면에서 취해진 단면은 도 3의 선 Ⅲ-Ⅲ'를 취해서 절단된 단면도들로서, 제 2앵커(105)가 형성된 부분은 도시되지 않았다.

도 3, 5a를 참조하면, 기판(101)상에 금속층(191) 예컨대 금(Au)을 증착한 후 제 1,2그라운드(111,113), 제 1,2고정전극(131,133), 제 1,2신호라인(151,153)을 패터닝한다. 이때, 제 1,2신호라인(151,153)은 1,2스위칭접점부(151a,153a)가 형성되도록 그 일부가 단선된 상태로 패터닝된다. 이에 더하여 제 1,2앵커(103,105)가 추가로 패터닝된다. 여기서, 제 1,2앵커(103,105)는 이너작동부재(171) 및 아우터작동부재(173)가 시소 운동가능하도록 지지되는 부분으로서, 동일 축선상에서 소정의 간격을 두고 형성된다. 이와 같은 패터닝 작업은 식각(Etching)장치 보다 바람직하게는 건식식각(Dri Etching)장치에 의해 행해진다.

도 3,5b를 참조하면, 제 1희생층(201)을 소정두께 증착한다. 제 1희생층(201)은 제 1,2접촉부재(179a,179b)와 제 1,2신호라인(151,153)간의 갭(H₃), 바람직하게는 H₃=1.2㎛를 유지시키기 위한 두께로 증착되고, 포토레지스트(Photoresist)와 같은 감광물질이 스핀코터(Spin Coater)에 의해 도포된다. 이때, 제 1,2앵커(103,105)를 덮는 부분은 포토리소그래피(Poto Lithography)법에 의해 제거된다.

도 3, 5c를 참조하면, 제 2희생층(203)이 소정의 두께로 증착되고, 제 1,2접촉부재(179a,179b)가 형성될 접촉부재홀(203a)이 패터닝된다. 이때, 그 접촉부재홀(203a) 또한 포토리소그래피(Poto Lithography)법에 의해 제거된다. 이에 더하여, 제 1,2앵커(103,105)가 형성된 부분이 노출되도록 앵커홀(203b)을 패터닝한다. 이는 다음 과정에서 형성될 이너작동부재(171) 및 아우터작동부재(173)층이 형성될 때 제 1,2앵커(103,105)의 상면에 직접 접촉되도록 하기 위함이다.

도 3, 5d를 참조하면, 제 2희생층(203)의 상측에 접촉부재층(205)을 증착한 후 접촉부재홀(203a)을 통해 매립된 부분만 남도록 패터닝하여 제 1,2접촉부재(179a,179b)를 형성한다. 접촉부재층(205)은 도전성 금속재질 예컨대, 금(Au)으로 이루어진다.

도 3, 5e, 5f, 5g를 참조하면, 제 1,2접촉부재(179a,179b)가 일부 남겨진 제 2희생층(203)의 상측에 제 1절연층(207a), 금속층(207b), 제 2절연층(207c)이 차례로 적층되어 작동부재층(207)을 이룬다.

이와 같이 3층 구조를 이루는 것은 열적 스트레스에 의해 변형되는 것을 줄이기 위한 일환으로서, 도시된 바와 같이 3층 구조로 한정된 것은 아니며, 단순히 금속층(207b)만을 형성할 수 있다. 이때에는 제 1,2고정전극(131,133)과의 절연을 위하여 제 1희생층(201)이 증착되기 이전에 절연층을 추가로 증착하여 제 1,2고정전극(131,133)에 절연막을 형성시키는 과정이 요구된다.

도 3, 5h를 참조하면, 작동부재층(207)이 식각(Etching)에 의해 이너작동부재(171) 및 아우터작동부재(173)가 패터닝된다. 이때, 제 1앵커(103)에 연장되며 이너작동부재(171)의 중앙부 양측에서 그 내측으로 연장되는 제 1스프링암(175a)이 함께 패터닝된다. 또한, 제 2앵커(105)에 의해 연장되고, 아우터작동부재(173)의 중앙부 외측으로부터 연장된 제 2스프링암(175b)이 패터닝된다.

도 3, 5i를 참조하면, 이너작동부재(171) 및 아우터작동부재(173)가 패터닝 된 작동부재층(207a)위에 제 3희생층(209)을 증착하고, 제1,2가압로드(179a,179b)가 아우터작동부재(173)의 상면으로부터 소정의 간격을 유지하기 위한 갭형성부(209a)를 패터닝한다. 갭형성부(209a)의 패터닝 또한, 포토리소그래피법에 의한다.

도 5j를 참조하면, 갭형성부(209a)가 형성된 이너작동부재(171) 및 아우터작동부재(173)의 상측에 제 4희생층(211)을 도포한 후 제 1,2가압로드지지홀(211a)을 패터닝한다. 제 1,2가압로드지지홀(211a) 패터닝 또한 포토리소그래피법에 의한다.

도 3, 5k,5l를 참조하면, 제 4희생층(211)의 상측에 가압로드층(213)을 증착한 후 에칭하여 제 1,2가압로드(177a,177b)를 패터닝한다. 여기서, 가압로드층(213)은 절연성 재질로 이루어진다.

도 5m을 참조하면, 애싱(Ashing)장비를 통하여 제 1,2,3 4희생층(201,203,209,211)을 제거하여 MEMS 스위치(100)를 완성한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 작동부재를 구동기능을 담당하는 이너작동부재 및 스위치 접촉 기능을 담당하는 아우터작동부재로 구성함으로써 스틱션 페일이 발생되는 것을 효과적으로 해소할 수 있는 이점이 있다.

또한, 변형이 적은 가압로드를 채용하여 접촉부재가 마련된 측에 가압력이 집중되도록 함으로써 접촉부재의 접촉력 향상을 통한 삽입손실을 발생되는 것을 줄일 수 있다.

또한, 이너작동부재를 회전가능하게 지지하는 제 1스프링암의 강성을 약하게 설계하여 저전압 구동이 가능하게 하면서, 실제 스위칭 기능을 수행하는 아우터작동부재의 제 2스프링암의 강성을 크게 설계하여 스틱션 페일이 발생되는 것을 효과적으로 줄이도록 하는 이점이 있다.

이와 같이 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims

기판;

상기 기판의 상면 양측에 형성되고 스위칭접점부를 갖는 복수의 신호라인;

상기 기판의 상면에 형성되며, 상기 복수의 신호라인의 사이에 형성된 복수의 고정전극;

상기 기판의 중앙을 중심으로 시소 운동하는 이너작동부재;

상기 이너작동부재의 시소운동에 연동되어 시소운동하는 아우터작동부재;

상기 이너작동부재의 상면 양단에 형성되되 그 단부가 상기 아우터작동부재의 상부에 오버랩되도록 돌출 형성된 가압로드; 및

상기 가압로드가 가압되는 위치로하여 상기 아우터작동부재의 하면에 형성되고, 상기 신호라인의 스위칭접점부와 접촉되는 접촉부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 1항에 있어서, 상기 아우터작동부재는 상기 이너작동부재의 외측에 위치되며 상기 이너작동부재를 에워싸는 형태로 형성된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 2항에 있어서, 상기 이너작동부재의 시소운동은 상기 기판의 중심에 형성된 제 1앵커와, 상기 이너작동부재의 중앙부 양측에서 내부로 형성되어 상기 제 1앵커에 의해 지지되는 제 1스프링암에 의하고,

상기 아우터작동부재의 시소운동은 상기 기판의 중앙부 양측에 형성된 제 2앵커와, 상기 제 2앵커에 의해 지지되고 상기 작동부재의 중앙부에서 외측으로 형성된 제 2스프링암에 의하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 2항에 있어서, 상기 이너작동부재 및 상기 아우터작동부재는 그 상면이 동일 평면상태를 유지하고;

상기 가압로드는 상기 이너작동부재 및 상기 아우터작동부재의 상면에 형성된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 1항에 있어서, 상기 접촉부재는 도전성 금속으로 형성된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 5항에 있어서 상기 도전성 금속은 금(Au)인 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 1항에 있어서, 상기 이너작동부재 및 아우터작동부재는 금속층으로 구성되고;

상기 고정전극의 상측에는 절연층이 추가로 형성된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 1항에 있어서, 상기 이너작동부재 및 아우터작동부재는 제1절연층 및 금속층으로 구성된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 1항에 있어서, 상기 이너작동부재 및 아우터작동부재는 제 1절연층, 금속층 및 제 2절연층으로 구성된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 1항에 있어서, 상기 가압로드는 절연성 재질로 형성된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 3항에 있어서, 상기 제 2스프링암은 상기 제 1스프링암의 강성(STIFFNESS)보다 크게 형성된 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 11항에 있어서, 상기 제 2스프링암의 폭은 강성 증대를 위하여 상기 제 1스프링암의 폭보다 크게 형성된 것을을 특징으로 하는 MEMS 스위치.
제 3항에 있어서, 상기 제 1앵커 및 상기 제 2앵커는 동일축선상에서 형성된 것을 특징으로하는 MEMS 스위치.
기판상에 금속층을 증착하고 스위칭접점부를 갖는 신호라인 및 고정전극을 패터닝하는 단계;

상기 신호라인 및 고정전극이 패터닝된 상면에 제 1희생층을 증착하는 단계;

상기 제 1희생층의 상측에 제 2희생층을 증착하고, 상기 스위칭접점부에 대응하는 위치에 소정의 접촉부재홀을 형성하는 단계;

상기 제 2희생층의 상측에 접촉부재층을 증착하고, 상기 접촉부재홀에 매몰된 부위만 남겨서 접촉부재를 패터닝하는 단계;

상기 접촉부재가 형성된 상기 접촉부재층의 상면에 작동부재층을 증착하고, 이너작동부재 및 아우터작동부재를 패터닝하는 단계;

상기 이너작동부재 및 아우터작동부재가 형성된 상측에 제 3희생층을 증착하고, 가압로드의 갭을 형성시키기 위한 갭형성부를 패터닝하는 단계;

상기 제 3희생층의 상측에 4희생층을 증착하고 가압로드지지홀을 패터닝하는 단계;

상기 제 4희생층의 상측에 가압로드층을 증착하고, 가압로드를 패터닝하는 단계; 및

상기 제 1,2,3,4희생층을 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 작동부재층을 증착하는 단계에서, 상기 작동부재층은 금속층으로 하고;

상기 상기 신호라인 및 고정전극이 패터닝된 상면에 제 1희생층을 증착하는 단계의 전단계에서 상기 금속층과의 절연을 위하여 상기 고정전극의 상측에 절연층을 형성하는 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 작동부재층을 증착하는 단계에서, 상기 작동부재층은 제 1절연층 및 금속층이 차례로 적층되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 작동부재층을 증착하는단계에서 상기 작동부재층은 제 1절연층, 금속층, 제 2절연층이 차례로 적층되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 기판상에 금속층을 증착하고 스위칭접점부를 갖는 신호라인 및 고정전극을 패터닝하는 단계에서, 상기 이너작동부재를 시소 운동가능하게 지지하는 제 1앵커 및 상기 아우터작동부재를 시소 운동가능하게 지지하는 제 2앵커가 패터닝되는 단계;가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방 법.
제 18항에 있어서, 상기 제 1앵커 및 제 2앵커는 동일축상에 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 19항에 있어서, 상기 이너작동부재 및 아우터작동부재를 패터닝하는 단계에서, 상기 이너작동부재의 중앙부 양측에서 내측을 향하여 상기 제 1앵커에 연장되는 제 1스프링암이 형성되는 단계;와 상기 아우터작동부재의 중앙부 양측에서 그 외측을 향하여 제 2앵커에 연장되는 제 2스프링암이 형성되는 단계;가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 20항에 있어서, 상기 제 2스프링은 상기 제 1스프링의 강성(STIFNESS)보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 21항에 있어서, 상기 제 2스프링은 강성 증가를 위하여 상기 제 1스프링암의 폭보다 상기 제 2스프링암을 넓게 형성되는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 가압로드층은 절연재질로 형성하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.
제 14항에 있어서, 상기 접촉부재는 금(Au)으로 형성하는 것을 특징으로 하는 MEMS 스위치 제조방법.