KR100865911B1 - 미세 구조물 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 구조물 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초소형 정밀기계(Micro Electro Mechanical System, MEMS)의 구조물 제조방법에 있어서, 실리콘 기판위에 희생층 물질을 도포하여 패터닝(patterning)하고, 상기 희생층 물질과 동일한 물질의 포스트를 형성하는 공정을 포함하는 제조방법을 제공함으로써, 미세 구조물 제조 시 점착을 미연에 방지하며, 1번의 공정만을 추가하여 간편하게 포스트를 제조할 수 있고, 희생층 물질로 포토레지스트를 사용하기 때문에 원하는 형태의 희생층을 쉽게 제작할 수 있는 등의 효과가 있다.

미세 구조물, 초소형 정밀기계(Micro Electro Mechanical System, MEMS), 포스트(post), 포토레지스트

Description

미세 구조물 제조방법{Fabricating method of Microstructures}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미세 외팔보 제작 과정을 보인 공정 흐름도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대형 부유 구조물 제작 과정을 보인 공정 흐름도.

도 3a, 3b, 3c, 3d는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 부유 구조물을 보인 예시도.

**도면에 사용된 주요부호에 대한 설명**

100 : 실리콘 기판 200 : 희생층

300 : 포스트 400 : 알루미늄 구조층

본 발명은 미세 구조물 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초소형 정밀기계(Micro Electro Mechanical System, MEMS)의 구조물 제조방법에 있어서, 희생층(sacrificial layer)을 빠르게 제거하면서 점착(stiction) 현상을 방지하도록 하여 공정 및 수율을 향상시키는 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 미세 구조물이라 칭하고 있는 초소형 정밀기계(MEMS) 구조물은 기판으로부터 그 구조물의 일부를 릴리즈(release) 시키기 위한 습식 식각단계에 의해 제조된다. 이러한 습식 식각에 의해 미세 구조물의 릴리즈된 부위와 기판 사이에는 공간 또는 간격을 갖는 “부상(浮上)”된 미세 구조물과 기판에 부착된 적어도 하나 이상의 포스트(post)가 생성된다.

상기 릴리즈된 부위를 갖는 부상된 마세 구조물은 기판의 표면에 대하여 실제적으로 평행하도록 부상되는 상부 및 하부 표면을 갖는 빔(baem) 또는 판(plate)의 형태로 이루어진다. 이러한 부상된 미세 구조물을 갖는 장치로서는 가속도계(accelerometers), 압력센서(pressure sensors), 유동센서(flow sensors), 트랜스듀서(transducers) 및 마이크로 액츄에이터(micro actuators) 등이 있다.

한편, 릴리즈 식각방법에는 기판 내에 공동(cavity)을 생성하는 방법(벌크 미세가공) 및 기판과 미세 구조물의 중간 부위와 희생층을 제거하는 방법(표면 미세가공)이 있다. 이러한 두 가지의 식각방법에 있어서 미세 구조물의 릴리즈된 부위는 식각 후 세정과 건조 단계에서 기판 또는 인접 구조물에 영구적으로 점착되는 경우가 종종 발생한다.

이를 보다 상세히 설명하면, 미세 구조물의 릴리즈된 부위를 생성하기 위한 표면 미세가공 기술의 경우에 있어서, 희생층은 통상 습식 식각공정에 의해 제거된 다. 이때 기판은 미세 구조물이 되는 물질에는 영향을 끼치지 않고 회생층만을 분해하는 화학 식각용액에 노출된다. 이후 기판은 세정 용액으로 세정되며 이러한 세정용액이 제거될 때 용액의 표면 장력이 부상된 미세 구조물의 릴리즈 부위에 작용함으로써, 미세 구조물의 릴리즈 부위가 침몰하게 되어 그 하부 표면이 기판 혹은 그에 인접한 다른 구조물에 달라붙게 된다. 이러한 현상을 “점착”이라 한다.

이러한 점착 현상은 센서의 감도를 저하시키고, 점착 현상이 심할 경우에는 소자 제조가 실패되어 결국 미세공정의 수율을 감소시키는 요인이 되어 왔다.

이와 같은 점착 현상을 방지하고자 미합중국 특허번호 5258097호(명칭 : Dry-release method for sacrificial layer microstructure fabrication)는 포스트(post)를 제작하기 위하여 구조층과 희생층에 홀을 만들고, 여기에 포스트 물질인 폴리머(polymer)를 채워 넣는 순서로 공정이 진행되기 때문에 포스트를 제작하기 위한 5공정 이상이 추가되어야 하는 문제점이 있었다.

또한, 희생층 물질로 포토레지스트를 사용하고, 포스트 물질로 파릴렌(Parylene)을 사용하는 기술(Yao T-Z, Yang X and Tai Y-C 2002 Sens. Actuators A 97-98 pp 771-5)은 구조층과 포스트를 동일 물질을 사용하여 공정수를 줄였으나 최종 부유 구조물은 포스트를 가지고 있는 형태로 만들어져 적용분야가 제한되는 문제점이 있었으며, 희생층 물질로 포토레지스트를 사용하고, 포스트 물질로 Si를 사용하는 기술(Pornsin-Sirirak T N, Tai Y-C, Nassef H and Ho C M 2001 Proc. IEEE MEMS 2001 pp 511-4)은 체적미세가공기술로 표면미세가공기술과 차이가 나며, 소형화 등의 관점에서는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안한 것으로서, 미세 구조물 제조 시 희생층과 포스트를 동일 물질로 이루어지도록 하고, 1번의 공정만을 추가하여 포스트를 제조하도록 하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또 다른 목적으로는 희생층 물질로 포토레지스트를 사용하여 원하는 형태로 희생층을 제작할 수 있도록 하는 방법을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 미세 구조물 제조방법은, 미세 구조물을 제조하기 위해 희생층을 이용하는 미세 구조물 제조 방법에 있어서, 실리콘 기판위에 희생층 물질을 도포하여 패터닝(patterning)하고, 상기 희생층 물질과 동일한 물질의 포스트를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 미세 구조물 제조방법은, 미세 부유 구조물을 제조하는 방법에 있어서, 실리콘 기판 위에 희생층을 적층하는 단계, 상기 희생층에 자외선(UV)을 조사하여 임시 포스트를 형성하는 단계, 상기 희생층 상에 알루미늄 구조층을 증착하는 단계, 상기 희생층을 습식에 의해 제거하는 단계 및 상기 임시 포스트를 건식에 의해 제거하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 미세 구조물 제조방법은, 실리콘 기판을 제공하는 단계, 상기 실리콘 기판 상에 습식 식각에 의해 제거 가능한 희생층을 적층하는 단계, 상기 희생층에 노광시켜 직접 상기 희생층 내부에 포스트를 형성하는 단계, 상 기 희생층 상에 메탈마스크를 사용하여 알루미늄 구조층을 증착하는 단계 및 상기 희생층 및 포스트를 제거하여 결과물 전면에 적어도 하나의 미세 구조물을 생성하기 위한 구조층을 형성하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 동작 과정을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 미세 외팔보 제작 과정을 보인 공정 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 대형 부유 구조물 제작 과정을 보인 공정 흐름도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 실리콘과 같은 적절한 물질로 소정 모양의 기판(100)을 마련한다. 이어 실리콘 기판(100) 상에 희생층(200)으로 포토레지스트를 도포하고 패터닝(patterning)한다(Step 1).

본 발명에서는 희생층 물질로 포토레지스트를 사용하는데, 대표적인 희생층 물질과 비교하여 보면 [표 1]에서와 같이 포토레지스트는 제거물질로 강산이 아닌 현상액이나 아세톤을 사용하기 때문에 구조층과 같은 다른 층에 피해를 주지 않고 제거할 수 있는 장점이 있다.

회생층 물질	도포(증착 공정)	형상제작	제거물질
SiO2, p-Si, Metal	LPCVD, evaporator	보호막 코팅 및 형상 제작, 희생층 형상제작	강산
포토레지스트	Spin coat	노광 및 현상	현상액, 아세톤

상기 희생층(200)을 패터닝한 후, 상기 희생층(200)과 동일한 물질인 포토레지스트로 포스트(300)를 형성한다(Step 2).

즉, 상기 희생층 패턴에 포스트 패턴 마스크를 노광시킨 후, 직접 희생층(200) 내부에 포스트(300)를 형성한다.

이후, 증발기(evaporator, 미도시)를 사용하여 알루미늄 구조층(400)을 증착한다(Step 3). 이때 본 발명에서는 메탈마스크를 사용하여 증착하므로, 패터닝을 위한 별도의 마스크 및 애칭공정이 필요가 없다.

상기 알루미늄 구조층(400)이 증착 완료되면 현상액 또는 아세톤을 이용하여 습식으로 희생층(200)을 제거한다(Step 4). 이때 포스트(300)는 노광되지 않았으므로 현상액 또는 아세톤에 제거되지 않는다.

이후, 산소 플라즈마 애셔(asher)를 이용하여 건식으로 상기 포스트(300)를 제거하여 알루미늄 구조층인 미세 외팔보 또는 대형 부유 구조물만 남긴다(Step 5).

도 3a, 3b, 3c, 3d는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 부유 구조물을 보인 예시도이다.

도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같은 부유 부분(suspended part)을 전자현미경으로 관찰하면 도 3c 및 도 3d에서와 같이 구조물의 부유 여부를 확인할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 미세 구조물 제조방법은, 미세 구조물 제조 시 점착을 미연에 방지하며, 1번의 공정만을 추가하여 간편하게 포스트를 제조할 수 있고, 희생층 물질로 포토레지스트를 사용하기 때문에 원하는 형태의 희생층을 쉽게 제작할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (13)

1. 미세 구조물을 제조하기 위해 희생층을 이용하는 미세 구조물 제조 방법에 있어서,

   실리콘 기판위에 희생층 물질인 포토레지스트를 도포하여 패터닝(patterning)하고, 상기 희생층 물질과 동일한 물질의 포스트를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 구조물 제조방법.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 희생층 패턴에 포스트 패턴 마스크를 노광시킨 후, 직접 희생층 내부에 포스트를 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 구조물 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 희생층을 현상액을 이용한 습식으로 제거하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세 구조물 제조방법.
5. 삭제
6. 미세 부유 구조물을 제조하는 방법에 있어서,

   실리콘 기판 위에 포토레지스트 물질의 희생층을 적층하는 단계,

   상기 희생층을 패터닝하는 단계,

   상기 패터닝된 희생층에 자외선(UV)을 조사하여 상기 희생층과 동일한 물질로 이루어진 임시 포스트를 형성하는 단계,

   상기 희생층을 갖는 상기 실리콘 기판의 전면 또는 상기 패터닝된 희생층의 일측벽을 노출하는 알루미늄 구조층을 증착하는 단계,

   상기 희생층을 습식에 의해 제거하는 단계 및

   상기 임시 포스트를 건식에 의해 제거하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 미세 구조물 제조방법.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서,

   상기 희생층은 현상액을 이용한 습식으로 제거하는 것을 특징으로 하는 미세 구조물 제조방법.
9. 제6항에 있어서,

   상기 임시 포스트는 산소 플라즈마 애셔(asher)를 이용한 건식으로 제거하는 것을 특징으로 하는 미세 구조물 제조방법.
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제

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