KR100818288B1 - 마이크로 액츄에이터의 코일 제조방법 - Google Patents

Abstract

마이크로 액츄에이터의 코일제조방법이 개시된다. 개시된 코일제조방법은 기판을 준비하는 단계, 기판의 상측에 코일을 형성하기 위한 다수의 트렌치를 형성하는 단계, 다수의 트렌치를 제외하고 기판의 상측 잔여부분을 차폐제를 이용하여 덮는 단계, 다수의 트렌치에 도전성물질을 전기도금하는 단계, 기판 위에 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함하여, 웨이퍼의 휨을 최소화하여 코일의 단면적 변화를 줄임으로써 코일구동에 인가되는 구동전류 및 소비전력을 감소시킬 수 있다.

Description

마이크로 액츄에이터의 코일 제조방법{Method for manufacturing coil of micro actuator}

도 1은 종래의 코일을 형성하기 위하여 기판을 트렌치하고 도전성금속을 증착한 웨이퍼를 도시한 종단면도,

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따라 마이크로 액츄에이터의 코일 제조방법을 도시한 종단면도들,

도 2f 내지 도 2k는 본 발명에 따라 제작된 코일을 적용하여 마이크로 액츄에이터를 제작하는 방법을 도시한 종단면도들.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...기판 112...트렌치

113...절연층 114...코일

120...차폐제 130...도전성금속

140...패시베이션층 170...공간부

본 발명은 전자기방식 마이크로 액츄에이터의 코일제조방법에 관한 것이다.

대형디스플레이장치에서 레이저빔을 편향시키는 마이크로 액츄에이터로 사용되는 전자기효과를 이용하는 스캐너는 적어도 하나 이상의 영구자석, 가동판과 가동판에 마련되어 광로를 변경시키는 미러를 구비한다. 가동판에는 전류가 인가되는 코일이 마련되어 있다. 따라서, 코일에 전류를 인가함으로써 발생되는 전기력과 영구자석에 의해 형성되는 자기력이 상호작용 되면서 가동판이 회동되면서 미러의 각도가 조정되는 것입니다.

코일은 반도체공정을 이용하여 하나의 웨이퍼 상에 다수를 형성하는 방식으로 대량생산하고 있다. 코일은 기판에 코일을 형성할 부분을 트렌치하고, 트렌치된 부분에 금속을 증착한 후 기판의 상면을 CMP공정을 이용하여 제거하는 방식을 이용하여 형성한다.

도 1은 종래의 코일을 형성하기 위하여 기판을 트렌치하고 도전성금속을 증착한 웨이퍼를 도시한 종단면도이다.

도 1을 참조하면, 웨이퍼(10)상에 다수의 코일(11)을 형성하기 위하여, 트렌치한 후 그 위에 도전성금속(12)을 증착하였다. 웨이퍼(10)는 그 자체만으로도 소정의 처짐이 발생하며, 도 1처럼 그 위에 도전성금속(12)을 증착하는 경우에는 그 무게에 의하여 처짐(δ)량이 더 발생된다. 따라서, 웨이퍼(10)의 가운데부에 최대처짐이 발생되고, 가장자리부는 상대적으로 처짐이 덜 발생된다.

이러한 상태에서, CMP공정을 이용하여 웨이퍼(10)상에 증착된 도전성금속(12)을 제거한다. 이때, 웨이퍼(10)의 처짐으로 인하여, 웨이퍼(10)의 가장자리부에서는 도전성금속(12) 뿐만 아니라 코일(11)의 일부도 제거된다.

따라서, 웨이퍼(10)의 가장자리부에 형성된 코일(11)은 그 단면적에 변화가 생기고, 이러한 단면적으로 변화는 구동전류의 증가를 초래하여 결국 소비전력이 증가된다.

본 발명은 상기 문제점을 감안한 것으로, 반도체공정을 이용하여 코일제조 시 웨이퍼의 휨(warpage)을 최소화함으로써 CMP공정시 코일의 오버절삭을 줄일 수 있는 전자기방식 마이크로 액츄에이터의 코일제조방법를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명인 전자기방식 마이크로 액츄에이터의 코일제조방법은 (a) 기판을 준비하는 단계;

(b) 상기 기판의 상측에 코일을 형성하기 위한 다수의 트렌치를 형성하는 단계;

(c) 상기 다수의 트렌치를 제외하고 상기 기판의 상측 잔여부분을 차폐제를 이용하여 덮는 단계;

(d) 상기 다수의 트렌치에 도전성물질을 전기도금하는 단계;

(e) 상기 기판 위에 패시베이션층을 형성하는 단계;를 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 (c)단계에서, 상기 차폐제는 포토레지스트이다.

본 발명에 따르면, 상기 (d)단계에서, 상기 차폐제로 덮힌 부분에는 도전성물질을 전기도금하지 않고, 상기 차폐제로 덮히지 않은 부분에만 도전성물질을 전기도금한다.

본 발명에 따르면, 상기 (d)단계 후에, CMP공정을 이용하여 상기 차폐제와 도전성물질을 제거하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 (b)단계에서, 상기 기판의 외주면을 열산화공정으로 절연층을 입힌다.

본 발명에 따르면, 상기 (b)단계에서, 포토마스크를 이용하여 상기 다수의 트렌치를 형성한다.

본 발명에 따르면, 상기 (a)단계에서, 상기 기판은 SOI웨이퍼이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명에 따라 마이크로 액츄에이터의 코일제조방법을 도시한 종단면도들이고, 도 2f 내지 도 2k는 본 발명에 따라 제작된 코일을 적용하여 마이크로 액츄에이터를 제작하는 방법을 도시한 종단면도들이다. 하기에서 설명하는 제조방법은 MEMS공정을 이용하여 형성하는 것으로, 알려진 MEMS공정을 이용하며, 공지된 MEMS공정에 대해서는 자세한 설명은 생략한다.

도 2a를 참조하면, 기판(100)을 준비하고, 상기 기판(100)위에 코일을 형성하는 다수의 트렌치(112, 도2참조)를 형성하기 위한 다수의 패턴(112a)이 형성된 포토마스크(111)를 마련한다.

기판(100)은 SOI(silicon on insulator)웨이퍼를 이용할 수 있다. SOI 웨이퍼는 실리콘(Si)으로 이루어진 하부의 핸들웨이퍼(handle wafer)인 제1실리콘층(100)과, 실리콘(Si)으로 이루어진 상부의 디바이스 웨이퍼(device wafer)인 제2 실리콘층(103)과, 이들 사이에 개재되어 있으며 실리콘산화물(SiO₂)로 이루어진 절연층인 희생층(102)으로 이루어진다.

도 2b를 참조하면, 포토리소그래피 공정을 통해 포토마스크를 이용하여 상기 기판(100)위에 다수의 트렌치(112)를 형성한다. 그리고, 열산화(thermal oxidation)공정을 이용으로 상기 기판(100)의 외주면에 절연층(113)을 1㎛ 두께로 형성한다. 따라서, 상기 다수의 트렌치(112)의 내측도 상기 절연층(113)으로 입힌다.

도 2c 및 도 2d는 본 발명의 특징에 따른 공정들이다. 본 발명의 특징은 상기 다수의 트렌치(112)에 도전성금속(130)을 전기도금(electroplating)하는 경우에, 상기 다수의 트렌치(112)를 제외한 나머지 상기 기판(100)상에 전기도금되는 도전성금속으로 인하여 상기 기판(100)에 휨(warpage)이 발생되는 것을 방지하기 위하여, 상기 기판(100)상에 도전성물질이 전기도금되는 면적을 줄여 상기 기판(100)의 휨 발생을 최소화하는 것이다. 이를 구현하기 위하여, 도전성금속이 전기도금되는 상기 다수의 트렌치(112)를 제외한 상기 기판(100)의 나머지부분을 차폐제를 덮고, 상기 다수의 트렌치(112)에만 도전성금속을 전기도금하는 것이다.

도 2c를 참조하면, 상기 기판(100)위에 상기 다수의 트렌치(112)를 제외하고, 나머지부분을 차폐제(120)로 덮는다. 상기 차폐제(120)는 포토레지스트(photo resist) 인 것이 바람직하다. 따라서, 상기 다수의 트렌치(112)는 개방되어 있고, 상기 다수의 트렌치(112)를 제외한 상기 기판(100)의 나머지 부분은 상기 차폐 제(120)에 의하여 외부와 차단되어 있다.

도 2d를 참조하면, 상기 차폐제(120)에 의하여 덮히지 않은 상기 기판(100)위에 도전성금속(130)을 전기도금한다. 그러면, 상기 다수의 트렌치(112)에도 상기 도전성금속(130)이 전기도금되어 채워진다. 즉, 상기 차폐제(120)위에는 도전성금속(130)을 전기도금되지 않고, 개방되어 있는 상기 다수의 트렌치(112)에만 도전성금속(130)을 전기도금하는 것이다. 상기 도전성금속은 티탄늄(Ti), 크롬(Cr) 및 구리(Cu)가 적용될 수 있다.

뿐만 아니라, 도 2d 단계에서, 상기 도전성금속(130)을 상기 다수의 트렌치(112) 및 차폐제(120)위에 증착한다. 그런 다음, 상기 차폐제(120)를 식각하면 상기 차폐제(120)위에 덮여 있는 도전성금속도 리프트오프(lift off)되어 제거된다. 결국, 상기 다수의 트렌치(112)위에만 상기 도전성금속(130)이 덮여있게 된다. 그 다음에 CMP공정을 이용하여 상기 상기 다수의 트렌치(112)위에 덮여 있는 상기 도전성금속(130)을 제거할 수 있다.

한편, 상기 기판(100)의 휨을 방지하기 위하여 다마신(Damascene)공정을 이용할 수 있는데 다마신공정은 어려운 공정이므로, 본원과 같이 상기 차폐제(120)를 이용하여 상기 다수의 트렌치(112)를 제외하고 나머지부분을 차폐하는 방법을 이용하면 효율적으로 상기 기판(100)의 휨을 방지할 수 있다. 물론, 다마신공정에 본원의 차폐제(120)를 함께 이용하는 것도 가능하다.

도 2e를 참조하면, CMP(Chemical Mechanical Planarization)을 이용하여, 상기 기판(100)의 상면에 형성된 상기 차폐제(120) 및 도전성금속(130)을 제거한다. 이때, 상기 기판(100)의 상면에 형성된 상기 절연층(113)도 제거된다. 그 결과, 상기 기판(100)에는 다수의 코일(114)이 형성된다.

도 2f를 참조하면, 상기 다수의 코일(114)이 형성된 상기 기판(100)위에 절연을 위한 패시베이션층(passivation layer, 140)을 증착한다. 상기 페시베이션층(140)은 PECVD(Plasma -Enhanced Chemical Vapor Deposition)법을 이용하여 증착한다.

도 2g를 참조하면, 상기 패시베이션층(140)을 포토리소그래피공정을 이용하여 패터닝하여 전극패드 및 센싱패드를 형성하기 위한 패턴부(141,142)를 형성한다.

도 2h를 참조하면, 전극패드 및 센싱패드를 형성하기 위한 상기 패턴부(141,142)에 도전성금속(150)을 스퍼터닝(sputtering)한다. 상기 도전성금속(150)은 크롬(Cr) 또는 금(Au)이 적용될 수 있다. 크롬(Cr)은 700Å의 두께로, 금(Au)은 1㎛두께로 스퍼터링법을 이용하여 증착될 수 있다.

크롬(Cr) 또는 금(Au)을 증착한 후 포토리소그래피 공정 및 에칭을 이용하여 크롬(Cr) 및 금(Au)을 패터닝한다. 크롬(Cr)의 경우에는 건식에칭(dry etching))을 이용하고, 금(Au)의 경우에는 습식에칭(wet etching)을 이용한다.

도 2i를 참조하면, 상기 패시베이션층(140)위에 포토레지스트(160)를 증착하고, 콤보(comb)를 형성하기 위한 홀(161,162)을 패터닝하고, 상기 기판(100)의 상면까지 식각하여 상기 패시베이션층(140)의 일부를 제거한다.

도 2j를 참조하면, 상기 기판(100)의 상기 희생층(102)까지 식각하여 제2실 리콘층(103)의 일부를 제거한다. 그리고, 상기 포토레지스트(160)를 제거한다. 따라서, 콤보를 형성하기 위한 홀(161,162)은 상기 패시베이션층(140) 및 상기 제2실리콘층(103)을 관통한다.

도 2k를 참조하면, 상기 기판(100)의 제1실리콘층(101)을 식각하여 공간부(170)를 형성한다. 이때, 상기 희생층(102)의 일부도 제거되면서 상기 홀(161,162)은 상기 공간부(170)와 연결됨으로써 관통된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 액츄에이터의 코일제작방법은 코일이 형성되는 다수의 트렌치는 개방하고, 그 외 부분에만 도전성물질로 차폐함으로써, 웨이퍼의 휨을 최소화하여 코일의 단면적변화를 줄임으로써 코일구동에 인가되는 구동전류 및 소비전력을 감소시킬 수 있으며, 구동부의 스프링두께가 CMP 두께 편차에 의하여 정의되므로 동일 웨이퍼 상에서 주파수 차이발생을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

1. (a) 기판을 준비하는 단계;

   (b) 상기 기판의 상측에 코일을 형성하기 위한 다수의 트렌치를 형성하는 단계;

   (c) 상기 다수의 트렌치를 제외하고 상기 기판의 상측 잔여부분을 차폐제를 이용하여 덮는 단계;

   (d) 상기 다수의 트렌치에 도전성물질을 전기도금하는 단계;

   (e) 상기 기판 위에 패시베이션층을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터의 코일 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 (c)단계에서,

   상기 차폐제는 포토레지스트 인 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터의 코일 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 (d)단계에서,

   상기 차폐제로 덮힌 부분에는 도전성물질을 전기도금하지 않고, 상기 차폐제로 덮히지 않은 부분에만 도전성물질을 전기도금하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터의 코일 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 (d)단계 후에,

   CMP공정을 이용하여 상기 차폐제와 도전성물질을 제거하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터의 코일 제조방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 (b)단계에서,

   상기 기판의 외주면을 열산화공정으로 절연층을 입히는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터의 코일 제조방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 (b)단계에서,

   포토마스크를 이용하여 상기 다수의 트렌치를 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터의 코일 제조방법.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 (a)단계에서,

   상기 기판은 SOI웨이퍼 인 것을 특징으로 하는 마이크로 액츄에이터의 코일 제조방법.

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