KR101331685B1 - 관성센서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관성센서 및 그 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 관성센서(100)는 멤브레인(110), 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하부에 구비된 질량체(130), 멤브레인(110)의 테두리(115) 하부에 구비된 포스트(140) 및 테두리(155)가 포스트(140)의 하면에 저온 실리콘 직접 접합법(Silicon Direct Bonding)으로 접합된 캡(150, Cap)을 포함하는 구성이다.
Description
본 발명은 관성센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 관성센서는 인공위성, 미사일, 무인 항공기 등의 군수용으로부터 에어백(Air Bag), ESC(Electronic Stability Control), 차량용 블랙박스(Black Box) 등 차량용, 캠코더의 손떨림 방지용, 핸드폰이나 게임기의 모션 센싱용, 네비게이션용 등 다양한 용도로 사용되고 있다.
이러한 관성센서는 가속도와 각속도를 측정하기 위해서, 일반적으로 멤브레인(Membrane) 등의 탄성 기판에 질량체를 접착시킨 구성을 채용하고 있다. 상기 구성을 통해서, 관성센서는 질량체에 인가되는 관성력을 측정하여 가속도를 산출하거나, 질량체에 인가되는 코리올리힘을 측정하여 각속도를 산출할 수 있는 것이다.
구체적으로, 관성센서를 이용하여 가속도와 각속도를 측정하는 방식을 살펴보면 다음과 같다. 우선, 가속도는 뉴턴의 운동법칙 "F=ma" 식에 의해 구할 수 있으며, 여기서, "F"는 질량체에 작용하는 관성력, "m"은 질량체의 질량, "a"는 측정하고자 하는 가속도이다. 이중, 질량체에 작용하는 관성력(F)을 감지하여 일정값인 질량체의 질량(m)으로 나누면, 가속도(a)를 구할 수 있다. 또한, 각속도는 코리올리힘(Coriolis Force) "F=2mΩ×v" 식에 의해 구할 수 있으며, 여기서 "F"는 질량체에 작용하는 코리올리힘, "m"은 질량체의 질량, "Ω"는 측정하고자 하는 각속도, "v"는 질량체의 운동속도이다. 이중, 질량체의 운동속도(v)와 질량체의 질량(m)은 이미 인지하고 있는 값이므로, 질량체에 작용하는 코리올리힘(F)을 감지하면 각속도(Ω)를 구할 수 있다.
한편, 종래기술에 따른 관성센서는 한국공개특허공보 제10-2011-0072229호에 개시된 바와 같이, 멤브레인(다이어프램)의 하부에 질량체가 구비된다. 이러한 구성에 있어서, 관성력(F)을 이용하여 가속도(a)를 측정할 때 상기 질량체에는 관성력(F)에 의하여 변위가 발생하게 되고, 코리올리힘(F)을 이용하여 각속도(Ω)를 측정할 때 상기 질량체를 소정의 운동속도(v)로 구동시켜야 한다. 결국, 가속도(a)나 각속도(Ω)를 측정하기 위해서, 질량체에는 변위가 필수적으로 발생한다. 따라서, 변위가 발생하는 질량체를 보호하도록, 고정부(포스트)의 하부에는 캡(Cap)이 구비되어야 한다.
하지만, 종래기술에 따른 관성센서는 폴리머(Polymer) 등의 접착체를 이용하여 포스트의 하부에 캡을 접착시키는데, 이러한 접착제를 이용한 접착공정은 폴리머 자체의 물성과 접착공정의 특성상 접착제의 두께를 일정하게 구현하기 어렵다. 이와 같이, 접착제의 두께가 일정하게 구현되지 않으면, 질량체를 구동시키거나 가속도(a) 또는 각속도(Ω)를 감지할 때, 오류가 발생하는 문제점이 존재한다. 게다가, 접착제의 두께를 측정하는 것이 쉽지 않으므로, 접합 불량을 선별하기 어려운 문제점도 존재한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 저온 실리콘 직접 접합법(Silicon Direct Bonding)을 이용하여 캡을 포스트에 접합시킴으로써, 접착제를 생략할 수 있으므로, 접착제가 일정한 두께로 구현되지 않아 발생하는 문제점을 미연에 방지할 수 있는 관성센서 및 그 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서는 멤브레인, 상기 멤브레인의 중앙부분 하부에 구비된 질량체, 상기 멤브레인의 테두리 하부에 구비된 포스트 및 테두리가 상기 포스트의 하면에 저온 실리콘 직접 접합법(Silicon Direct Bonding)으로 접합된 캡을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 저온 실리콘 직접 접합법은, (A) 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 건식식각하는 단계, (B) 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 초순수(Deionized Water)에 노출시키는 단계 및 (C) 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 밀착시켜 상호 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (A) 단계에서, 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 건식식각하여 미결합 상태의 최외각원자(Dangling Atom)를 노출시키고, 상기 (B) 단계에서, 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 초순수(Deionized Water)에 노출시켜 상기 최외각원자(Dangling Atom)에 OH기를 겹합시키며, 상기 (C) 단계에서, 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 밀착시켜 반데르발스의 힘에 의해서 상호 접합시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (A) 단계에서, 상기 건식식각은 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (C) 단계 이후에, 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열처리는 200℃ 이하에서 풀림(Annealing)하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열처리는 열판(Hot Plate)을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (B) 단계 이후에, 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캡에는 두께방향으로 함몰된 오목부가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오목부에는 상기 질량체 방향으로 돌출된 스토퍼(Stopper)가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 제조방법은 (A) 멤브레인, 상기 멤브레인의 중앙부분 하부에 구비된 질량체, 상기 멤브레인의 테두리 하부에 구비된 포스트를 포함하는 기본부재와 캡을 준비하는 단계 및 (B) 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 저온 실리콘 직접 접합법(Silicon Direct Bonding)으로 접합하는 단계를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 (B) 단계는, (B1) 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 건식식각하는 단계, (B2) 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 초순수(Deionized Water)에 노출시키는 단계 및 (B3) 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 밀착시켜 상호 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (B1) 단계에서, 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 건식식각하여 미결합 상태의 최외각원자(Dangling Atom)를 노출시키고, 상기 (B2) 단계에서, 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 초순수(Deionized water)에 노출시켜 상기 최외각원자(Dangling Atom)에 OH기를 결합시키며, 상기 (B3) 단계에서, 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 밀착시켜 반데르발스의 힘에 의해서 상호 접합시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (B1) 단계에서, 상기 건식식각은 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (B3) 단계 이후에, 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열처리는 200℃ 이하에서 풀림(Annealing)하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열처리는 열판(Hot Plate)을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (B2) 단계 이후에, 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 건조하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 캡에는 두께방향으로 함몰된 오목부가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오목부에는 상기 질량체 방향으로 돌출된 스토퍼(Stopper)가 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 저온 실리콘 직접 접합법을 이용하여 캡을 포스트에 접합시킴으로써, 접착제를 생략할 수 있으므로, 접착제가 일정한 두께로 구현되지 않아 발생할 수 있는 구동 및 감지 상의 오류를 미연에 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 저온 실리콘 직접 접합법을 이용하여 캡을 포스트에 접합시키므로, 보이드(Void)가 발생하지 않아 접합 후 IR(적외선) 검사를 통해서 접합 불량 부분을 선별할 수 있는 장점이 있다.
도 1a 내지 도 1b은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 단면도;
도 2 내지 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 제조방법을 공정순서대로 도시한 공정단면도;
도 4 내지 도 7은 도 3에 도시된 캡과 포스트를 저온 실리콘 직접 접합법으로 접합시키는 과정을 순차적으로 도시한 화학구조도; 및
도 8은 본 발명과 종래기술에 의한 접합강도를 비교한 실험그래프이다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 제조방법을 공정순서대로 도시한 공정단면도;
도 4 내지 도 7은 도 3에 도시된 캡과 포스트를 저온 실리콘 직접 접합법으로 접합시키는 과정을 순차적으로 도시한 화학구조도; 및
도 8은 본 발명과 종래기술에 의한 접합강도를 비교한 실험그래프이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1a 내지 도 1b은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 단면도이다.
도 1a 내지 도 1b에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 관성센서(100)는 멤브레인(110), 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하부에 구비된 질량체(130), 멤브레인(110)의 테두리(115) 하부에 구비된 포스트(140) 및 테두리(155)가 포스트(140)의 하면에 저온 실리콘 직접 접합법(Silicon Direct Bonding)으로 접합된 캡(150, Cap)을 포함하는 구성이다.
상기 멤브레인(110)은 판상으로 형성되어 질량체(130)가 변위를 일으킬 수 있도록 탄성을 갖는다. 여기서, 멤브레인(110)의 경계는 정확히 구별되는 것은 아니지만, 도시된 바와 같이, 멤브레인(110)의 중앙부분(113)과 멤브레인(110)의 외곽을 따라 구비된 테두리(115)로 구획될 수 있다. 이때, 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하부에는 질량체(130)가 구비되고, 멤브레인(110)의 테두리(115) 하부에는 포스트(140)가 구비될 수 있다. 따라서, 멤브레인(110)의 테두리(115)는 포스트(140)의 지지를 받아 고정되고, 고정된 멤브레인(110)의 테두리(115)를 기준으로 멤브레인(110)의 중앙부분(113)에는 질량체(130)의 움직임에 대응하는 변위가 발생한다. 한편, 멤브레인(110)의 중앙부분(113)과 테두리(115) 사이는 탄성변형되므로, 구동수단(120)을 배치하여 질량체(130)를 진동시키거나 감지수단(125)을 배치하여 질량체(130)의 변위를 측정할 수 있다. 다만, 구동수단(120)과 감지수단(125)은 반드시 멤브레인(110)의 중앙부분(113)과 테두리(115) 사이에 배치하여야 하는 것은 아니고, 도시된 바와 같이 일부가 멤브레인(110)의 중앙부분(113)이나 테두리(115)에 배치될 수 있음은 물론이다. 한편, 상술한 구동수단(120)은 압전방식 또는 정전용량방식 등을 이용하여 구현할 수 있고, 상술한 감지수단(125)은 압전방식, 압저항방식 또는 정전용량방식 등을 이용하여 구현할 수 있다.
상기 질량체(130)와 상기 포스트(140)를 구체적으로 살펴보면, 질량체(130)는 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하부에 구비되어 관성력이나 코리올리힘에 의해서 변위가 발생하는 것이다. 또한, 포스트(140)는 중공(中空)형으로 형성되어 멤브레인(110)의 테두리(115) 하부를 지지함으로써 질량체(130)가 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보해주는 역할을 하는 것이다. 여기서, 질량체(130)는 예를 들어 원기둥 형상으로 형성될 수 있고, 포스트(140)는 중심에 원기둥 형상의 공동(空洞)이 형성된 사각기둥 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 횡단면을 기준으로 볼 때, 질량체(130)는 원형으로 형성되고, 포스트(140)는 중앙에 원형의 개구가 구비된 사각형으로 형성되는 것이다. 다만, 질량체(130)와 포스트(140)의 형상은 이에 한정되는 것은 아니고, 당업계에 공지된 모든 형상으로 질량체(130)와 포스트(140)를 형성할 수 있음은 물론이다.
한편, 상술한 멤브레인(110), 질량체(130) 및 포스트(140)는 MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정이 용이한 SOI(Silicon On Insulator) 기판을 선택적으로 식각하여 형성할 수 있다. 따라서, 질량체(130)와 멤브레인(110) 사이와 포스트(140)와 멤브레인(110) 사이에는 SOI 기판의 실리콘 산화막(117, SiO2)이 잔존할 수 있다. 다만, 멤브레인(110), 질량체(130) 및 포스트(140)는 반드시 SOI 기판을 식각하여 형성하여야 하는 것은 아니고, 일반적인 실리콘 기판 등을 식각하여 형성할 수도 있다.
상기 캡(150)은 질량체(130)를 보호하는 역할을 수행하는 것으로, 실리콘 기판 등으로 형성할 수 있다. 여기서, 캡(150)은 질량체(130)와 포스트(140)를 덮도록 테두리(155)가 포스트(140)의 하면에 접합된다. 이때, 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면은 저온 실리콘 직접 접합법으로 접합된다. 따라서, 별도의 접착제를 이용하지 않고 캡(150)을 포스트(140)에 접합할 수 있으므로, 접착제가 일정한 두께로 구현되지 않아 발생할 수 있는 구동 및 감지 상의 오류를 미연에 방지할 수 있다. 이러한 저온 실리콘 직접 접합법은 제조방법에서 구체적으로 기술하도록 한다. 한편, 캡(150)의 상면에는 두께방향으로 함몰된 오목부(157)가 형성되어, 질량체(130)에 작용하는 공기의 감쇠력을 줄여 동특성(Dynamic Characteristic, 動特性)을 향상시킬 수 있다. 추가적으로, 오목부(157)에는 질량체(130) 방향으로 돌출된 스토퍼(159, Stopper)가 형성되어(도 1b 참조), 질량체(130)의 하측 변위를 제한하게 된다.
도 2 내지 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관성센서의 제조방법을 공정순서대로 도시한 공정단면도이다.
도 2 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 관성센서(100)는 (A) 멤브레인(110), 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하부에 구비된 질량체(130), 멤브레인(110)의 테두리(115) 하부에 구비된 포스트(140)를 포함하는 기본부재(200)와 캡(150)을 준비하는 단계 및 (B) 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면을 저온 실리콘 직접 접합법(Silicon Direct Bonding)으로 접합하는 단계를 포함하는 구성이다.
우선, 도 2a 내지 도 2b에 도시된 바와 같이, 기본부재(200)와 캡(150)을 준비하는 단계이다. 여기서, 기본부재(200)는 멤브레인(110), 멤브레인(110)의 중앙부분(113) 하부에 구비된 질량체(130), 멤브레인(110)의 테두리(115) 하부에 구비된 포스트(140)를 포함하는 것으로, 캡(150)을 제외한 관성센서(100)의 기본적인 구성을 포함한다. 한편, 캡(150)에는 두께방향으로 함몰된 오목부(157)가 형성될 수 있고, 오목부(157)에는 질량체(130) 방향으로 돌출된 스토퍼(159)가 형성될 수 있다(도 2b 참조).
다음, 도 3a 내지 도 3b에 도시된 바와 같이, 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면을 저온 실리콘 직접 접합법(Silicon Direct Bonding)으로 접합하는 단계이다. 여기서, 포스트(140)와 캡(150)은 모두 실리콘을 포함하므로, 저온 실리콘 직접 접합법을 이용하여 접합할 수 있다.
도 4 내지 도 7은 도 3에 도시된 캡과 포스트를 저온 실리콘 직접 접합법으로 접합시키는 과정을 순차적으로 도시한 화학구조도로, 이를 참조하여 저온 실리콘 직접 접합법을 구체적으로 기술하도록 한다.
우선, 도 4에 도시된 바와 같이, 캡(150)의 테두리(155)와 상기 포스트(140)의 하면을 건식식각(Dry Etching)하는 단계이다. 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면을 건식식각하면, 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면이 세정되며, 미결합 상태의 최외각원자(Dangling Atom)가 노출된다. 여기서, 건식식각의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching)을 이용할 수 있다. 상기 반응성 이온 식각은 플라즈마에 의해 형성된 이온의 물리적 충돌과 화학적 반응을 동시에 진행시켜 식각을 수행하는 방법으로, 대략 수초에서 수십초까지 수행될 수 있다.
다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면을 초순수(Deionized Water)에 노출시키는 단계이다. 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면을 초순수에 노출시키면, 최외각원자에 OH기와 같은 이온을 결합시킬 수 있다. 여기서, 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면을 초순수에 노출시키는 것은 다양한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 액체 상태의 초순수에 담그거나, 기체 상태의 초순수를 분사할 수 있다. 한편, 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면에 초순수를 노출시키는 시간은 대략 5분 정도일 수 있다.
다음, 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면을 건조시키는 단계이다. 여기서, 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면은 스핀 건조(Spin Drying) 등을 통해서 대략 15분 정도 건조한다.
다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면을 밀착시켜 상호 접합시키는 단계이다. 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면을 밀착시키면, 최외각원자에 결합된 OH기들 사이의 반데르발스의 힘(Van der Waals forces)에 의해서 분자들이 상호 결합된다. 여기서, 접합의 소요시간은 대략 10분 정도이다.
상술한 바와 같이, 건식식각을 수행한 후 접합시키면, 습식식각을 수행한 후 접합시키는 것에 비해서 상대적으로 짧은 시간 내에 공정을 진행할 수 있다. 게다가, 건식식각을 수행한 후의 접합 공정은 반데르발스의 힘에 의해서 분자들이 상호 결합하므로, 습식식각을 수행한 후의 접합 공정에 비해서 접합강도가 증가한다. 이와 같이, 접합강도가 증가하는 현상은 표면에 훨씬 많은 수의 최외각원자가 만들어지고, 이러한 최외각원자에 OH기가 결합됨으로써, 결과적으로 서로 끌어당기는 반데르발스의 힘이 커지기 때문으로 파악된다.
다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 상호 접합된 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면은 열처리를 통해서 접합강도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이러한 열처리를 수행하면, 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면 사이에 존재하는 수소 원자와 산소 원자의 일부가 물(H2O)로 결합되어 제거되고, 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면의 원자들 사이의 상호 확산에 의해서 더욱 강하게 접합된다. 한편, 상술한 열처리는 대략 200℃ 이하에서 수행될 수 있으며, 더욱 상세하게는 상온과 100℃ 사이에서 수행될 수 있다. 또한, 열처리는 대략 1시간이 소요될 수 있고, 다양한 열처리 방식 중 풀림(Annealing)을 이용할 수 있다.
종래기술에 따른 열처리는 전체 접합공정에서 대부분의 시간을 차지하며, 열처리로(Furnace)의 승온시간과 냉각시간을 포함하여 대략 10시간이 소요되었다. 반면, 본 발명에 따른 저온 실리콘 직접 접합법은 200℃ 이하의 저온에서 대략 1시간의 저온 열처리를 거쳐 접합이 완료되므로, 소요시간을 대폭적으로 단축시킬 수 있고, 그에 따라 관성센서(100)의 생산성을 향상시킬 수 있다. 전체 접합공정을 비교하더라도, 종래기술에서는 대략 11시간 30분이 소요되는 반면, 본 발명에 따른 저온 실리콘 직접 접합법은 대략 1시간 30분이 소요된다. 따라서, 본 발명에 따른 저온 실리콘 직접 접합법은 접합공정의 소요시간을 획기적으로 단축시킬 수 있다.
도 8은 본 발명과 종래기술에 의한 접합강도를 비교한 실험그래프로, 도 8을 참조하여 본 발명과 종래기술에 의한 접합강도를 비교하여 설명하면 다음과 같다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 저온 실리콘 직접 접합법은 기존의 RCA방식에 의한 접합방법에 비해서 접합강도가 향상된다. 구체적으로, 기존의 RCA방식에 의해서 대략 1050℃의 고온에서 열처리한 후의 접합강도는 본 발명에 따른 저온 실리콘 직접 접합법에 의해서 상온에서 열처리한 후의 접합강도와 유사하며, 대략 100℃ 정도로 열처리한 후의 접합강도와 거의 동일한 것을 알 수 있다.
결국, 본 발명에 따른 저온 실리콘 직접 접합법은 상대적으로 낮은 온도로 열처리하여도 필요한 접합강도를 얻을 수 있다. 따라서, 기존의 RCA방식에서 사용하는 열처리로(대략 1000℃에서 열처리를 수행함)를 본 발명에 따른 저온 실리콘 직접 접합법에서는 전열선이 구비된 열판(Hot Plate)으로 대체할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 저온 실리콘 직접 접합법은 열처리의 온도에 따른 접합강도의 증가율이 기존의 RCA방식에 의한 접합방법에 비해서 높다. 따라서, 본 발명에 따른 저온 실리콘 직접 접합법은 강력한 접합강도가 요구되는 경우, 열처리 온도를 높임으로써, 기존의 RCA방식보다 훨씬 강력한 접합강도를 구현할 수 있다.
게다가, 기존의 RCA방식에 의한 접합방법과 같이 고온으로 열처리하는 경우, 캡(150)의 테두리(155)와 포스트(140)의 하면 사이에는 보이드(Void)가 발생하거나, 관성센서(100)에 휨(Warpage)이 발생하는 문제점이 존재한다. 하지만, 본 발명에 따른 저온 실리콘 직접 접합법은 200℃ 이하의 낮은 온도에서 열처리를 수행하여도 충분한 접합강도를 얻을 수 있으므로, 보이드(Void)나 휨(Warpage)이 발생하는 것을 원천적으로 방지할 수 있다. 또한, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 저온 실리콘 직접 접합법은 보이드가 발생하지 않으므로, 접합 후 IR(적외선) 검사를 통해서 접합 불량 부분을 선별할 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 관성센서 및 그 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100: 관성센서 110: 멤브레인
113: 멤브레인의 중앙부분 115: 멤브레인의 테두리
117: 실리콘 산화막 120: 구동수단
125: 감지수단 130: 질량체
140: 포스트 150: 캡
155: 캡의 테두리 157: 오목부
159: 스토퍼 200: 기본부재
113: 멤브레인의 중앙부분 115: 멤브레인의 테두리
117: 실리콘 산화막 120: 구동수단
125: 감지수단 130: 질량체
140: 포스트 150: 캡
155: 캡의 테두리 157: 오목부
159: 스토퍼 200: 기본부재
Claims (20)
- 멤브레인;
상기 멤브레인의 중앙부분 하부에 구비된 질량체;
상기 멤브레인의 테두리 하부에 구비된 포스트;
상기 포스트의 하면에 테두리가 접합되며, 상면에 두께방향으로 함몰된 오목부가 형성된 캡; 및
상기 오목부에 형성되어 질량체 방향으로 돌출되며, 상기 질량체의 하측 변위를 제한하는 스토퍼(Stopper);
를 포함하는 관성센서.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- (A) 멤브레인, 상기 멤브레인의 중앙부분 하부에 구비된 질량체, 상기 멤브레인의 테두리 하부에 구비된 포스트를 포함하는 기본부재와 캡을 준비하는 단계; 및
(B) 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 저온 실리콘 직접 접합법(Silicon Direct Bonding)으로 접합하는 단계;
를 포함하며,
상기 (B) 단계는,
(B1) 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 반응성 이온 식각(Reactive Ion Etching)을 통해 건식식각하여 미결합 상태의 최외각원자(Dangling Atom)를 생성하는 단계;
(B2) 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 초순수(Deionized Water)에 노출시켜 상기 최외각원자에 이온을 결합하고, 이후에 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 건조하는 단계; 및
(B3) 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 밀착시켜 상호 접합시키는 단계;
를 포함하는 관성센서의 제조방법.
- 삭제
- 청구항 11에 있어서,
상기 (B2) 단계는 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 액체 상태의 초순수에 담그거나, 기체 상태의 초순수를 분사하여 진행되며,
상기 (B3) 단계는 상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 밀착시켜 반데르발스의 힘에 의해서 상호 접합시키는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
- 삭제
- 청구항 11에 있어서,
상기 (B3) 단계 이후에,
상기 캡의 테두리와 상기 포스트의 하면을 열처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
- 청구항 15에 있어서,
상기 열처리는 200℃ 이하에서 풀림(Annealing)하여 수행하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
- 청구항 15에 있어서,
상기 열처리는 열판(Hot Plate)을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
- 삭제
- 청구항 11에 있어서,
상기 캡에는 두께방향으로 함몰된 오목부가 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
- 청구항 19에 있어서,
상기 오목부에는 상기 질량체 방향으로 돌출된 스토퍼(Stopper)가 형성된 것을 특징으로 하는 관성센서의 제조방법.
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| KR20130077394A (ko) | 2013-07-09 |
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