KR102548676B1 - 레이저 활성화 게터 물질을 포함하는 센서 요소 - Google Patents

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마불리 아메토보블라
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 기판과; 상기 기판에 연결되어 상기 기판과 함께 제1 공동부를 둘러싸는 캡;을 포함하는 마이크로기계 부품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 제1 공동부 내에는 제1 압력이 우세하고, 제1 화학 조성을 갖는 제1 가스 혼합물이 내포되며, 제1 방법 단계에서 마이크로기계 부품의 주변 환경과 제1 공동부를 연결하는 접근 개구부가 기판 내에 또는 캡 내에 형성되고, 제2 방법 단계에서 제1 공동부 내의 제1 압력 및/또는 제1 화학 조성이 조정되고, 제3 방법 단계에서는 레이저를 이용하여 기판 또는 캡의 흡수부 내로 에너지 또는 열을 유입시키는 것을 통해 접근 개구부가 밀폐되며, 제3 방법 단계 전에 제1 공동부 내로 유입된 게터는 레이저에 의해 생성된 레이저 빔에 의해 제3 방법 단계 동안 적어도 부분적으로 활성화된다.

Description

레이저 활성화 게터 물질을 포함하는 센서 요소
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 방법에 관한 것이다.
상기 유형의 방법은 WO 2015/120939 A1호로부터 공지되어 있다. 마이크로기계 부품의 공동부(cavern) 내에 특정 내부 압력이 요구되거나, 특정 화학 조성을 갖는 가스 혼합물이 공동부 내에 내포되어야 하는 경우, 상기 내부 압력 또는 화학 조성은 보통 마이크로기계 부품의 캡 밀봉 시, 또는 기판 웨이퍼와 캡 웨이퍼 간의 본딩 공정 시 설정된다. 캡 밀봉 시, 예컨대 캡이 기판과 연결되며, 그럼으로써 캡과 기판은 함께 공동부를 둘러싼다. 그에 따라, 캡 밀봉 시 주변 환경에 존재하는 가스 혼합물의 화학 조성 및/또는 대기압 또는 압력의 조정을 통해, 공동부 내에 특정 내부 압력 및/또는 특정 화학 조성이 설정될 수 있다.
WO 2015/120939 A1호로부터 공지된 방법에 의해, 마이크로기계 부품의 공동부 내의 내부 압력이 목적한 대로 설정될 수 있다. 상기 방법에 의해, 특히 제1 공동부를 포함한 마이크로기계 부품을 제조할 수 있으며, 여기서 제1 공동부 내에는, 캡 밀봉의 시점에 제2 압력 및 제2 화학 조성과 각각 다른 제1 압력 및 제1 화학 조성이 설정될 수 있다.
WO 2015/120939 A1호에 따른, 마이크로기계 부품의 공동부 내 내부 압력을 목적한 대로 설정하기 위한 방법의 경우, 캡 내지 캡 웨이퍼 내에, 또는 기판 내지 기판 웨이퍼 내에, 공동부로 향하는 협폭의 접근 채널(access channel)이 형성된다. 그에 이어서, 공동부는 접근 채널을 통해 요구되는 가스 및 요구되는 내부 압력으로 과류된다. 마지막으로, 접근 채널의 주변 영역이 레이저에 의해 국소적으로 가열되고, 기판 재료가 국소적으로 액화되어 응고 시 접근 채널을 기밀 방식으로 밀폐한다.
요레이트 센서들의 경우, 예를 들면, 예컨대 1mbar 미만의 매우 낮은 압력이 내포된다. 이는, 요레이트 센서들의 경우 가동 구조들(movable structure) 중 일부분이 공진 방식(resonant way)으로 구동되기 때문에 발생하는 경우이다. 압력이 낮은 경우, 낮은 감쇠로 인해 상대적으로 낮은 응력으로도 매우 간단하게 진동이 여기될 수 있다.
그에 반해 가속도 센서들의 경우, 외부 가속도가 인가될 때 발생할 수도 있는 센서의 진동은 바람직하지 않다. 그러므로 상기 센서들은 내부 압력이 상대적으로 높을 때 작동된다. 가속도 센서의 내부 압력은 예컨대 500mbar이다.
마이크로기계 부품의 공동부 내 내부 압력을 목적한 대로 설정하기 위한 또 다른 방법이 EP 2 004 542 B1호로부터 공지되어 있다.
본 발명의 과제는, 종래 기술에 비해 간단하면서도 비용 효과적인 방식으로, 종래 기술에 비해 기계적으로 내구성이 있으면서 긴 유효수명을 갖는 마이크로기계 부품을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 과제는, 종래 기술에 비해 콤팩트하고 기계적으로 내구성이 있으면서 긴 유효수명을 갖는 마이크로기계 부품을 제공하는 것에 있다. 이는, 본 발명에 따라서, 특히 (제1) 공동부를 포함한 마이크로기계 부품에 적용된다. 또한, 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 마이크로기계 부품에 의해, 제1 공동부 내에 제1 압력 및 제1 화학 조성이 설정될 수 있고 제2 공동부 내에 제2 압력 및 제2 화학 조성이 설정될 수 있는 마이크로기계 부품을 실현할 수도 있다. 예컨대 제1 공동부 내에 제1 압력이 내포되고 제2 공동부 내에는 제2 압력이 내포되되, 제1 압력이 제2 압력과 상이한 것이 바람직한 유형의, 마이크로기계 부품들의 제조 방법이 제공된다. 이는, 예컨대 요레이트 측정을 위한 제1 센서 유닛 및 가속도 측정을 위한 제2 센서 유닛이 마이크로기계 부품 내에 통합되어야 하는 경우이다. 특히, 본 발명의 과제는, 마이크로기계 부품의 수명기간에 걸쳐 높은 품질을 가능하게 하는 것이다.
상기 과제는, 제3 방법 단계 전에 제1 공동부 내로 유입되는 게터(getter)가 레이저에 의해 생성된 레이저 빔에 의해 제3 방법 단계 동안 적어도 부분적으로 활성화되는 것을 통해 해결된다.
이로써, 간단하고 비용 효과적인 방식으로, 특히 제1 공동부가 요레이트 센서 공동부일 때, 제1 공동부 내의 제1 압력이 유효수명에 걸쳐 실질적으로 일정하게 유지되거나 안정화될 수 있게 하거나, 또는 제1 압력이 제1 압력의 임시 설정 이후 계속해서 감소할 수 있게 하는, 마이크로기계 부품 제조 방법이 제공된다. 이는, 예컨대 제1 공동부 내부의 재료들에서 수명기간에 걸쳐 방출되거나, 예컨대 제1 공동부와 제2 공동부 사이에서 예컨대 기판을 통과하여, 또는 캡을 통과하여, 또는 본딩 프레임 또는 본딩 웨브를 통과하여 확산됨으로써 제1 공동부 내에 도달하는 소량의 가스가 게터에 의해 흡수됨으로써 달성된다.
또한, 본 발명에 따른 방법은, 유입된 물질 또는 게터 물질(getter material) 또는 활성화된 게터가 오직 공동부의 기밀성 밀폐 후에 스며드는 소량의 가스만 흡수하면 되므로, 낮은 흡착성(adsorption ability) 또는 수착성(sorption ability)만 보유하면 된다는 점에서도 바람직하다. 이는, 특히 제1, 제2 및 제3 방법 단계의 실행으로 인한 경우에 해당되는데, 그 이유는 그에 따라 제1 압력이 사전 설정될 수 있고, 게터는 상기 제1 압력을 계속 조정하기만 하면 되기 때문이다. 이로써, 특히 종래 기술에 비해 낮은 가스 흡수성을 갖는 게터 내지 게터 물질의 사용이 가능해진다. 예컨대 본 발명에 따라서, 게터 면적당 게터에 의해 최대로 흡수되는 입자 수는 1021 또는 1020 또는 1019 또는 1018 또는 1017 또는 1016 또는 1015 또는 1014 또는 1013 또는 1012 또는 1011 또는 1010 또는 109 또는 108 또는 107 또는 106 l/㎡이다.
본 발명에 따른 방법은, 요레이트 센서(p1)의 공동부 내에, 그리고 가속도 센서(p2)의 공동부 내에 상이한 압력들(p1/p2)이 필요하되, 요레이트 센서의 공동부 내에서는 게터에 의해 먼저 두 공동부 내에 내포된 높은 압력이 후속하여 게터의 활성화를 통해 요레이트 센서의 공동부 내 온도 단계에 걸쳐 낮은 압력으로 감소하는 방법에 비해 특히 바람직하다. 상기 방법에 비해, 본 발명에 따른 방법은 비교적 간단하면서도 비용 효과적이다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 따라, 고온에서 캡 웨이퍼를 이용하여, 예컨대 결합 재료로서의 씰 유리(seal glass), 또는 다양한 또 다른 본딩 재료들 또는 예컨대 공융 알루미늄-게르마늄(AlGe) 시스템 또는 구리-주석-구리(CuSnCu) 시스템과 같은 본딩 시스템을 이용하여, 제1 공동부 내에 배치되는 MEMS 구조의 밀봉이 수행된다. 비록 본딩 공정이 진공 상태에서, 그리고 고온에서 실행된다고 하더라도, 고온에서는 본딩 시스템으로부터 가스가 증발되며, 공동부 내에서 본딩 공정 동안의 매우 낮은 압력과 무관하게 우세한 잔여 압력을 공동부 내에서 야기한다. 상기 잔여 압력은 본 발명에 따른 방법으로 종래 기술에 비해 명백히 감소할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 방법에 따라서, 바람직하게는, 센서들 또는 센서 코어들의 표면들에 가동 구조들 상호 간의 접착을 방지하는 유기 코팅층들이 구비되며, 상기 유기 코팅층들은 고온에서 예컨대 본딩 공정 중에 품질이 저하되어 더 이상 완전하게 작용하지 않는다. 공동부 내로 유기층들에서의 적어도 부분적인 방출 및 그에 따라 MEMS 요소의 밀폐 후 증가되는 내부 압력은 본 발명에 따른 방법에 의해 간단하면서도 비용 효과적인 방식으로 상쇄될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 방법에 따라서, 바람직하게는, 웨이퍼들로부터, 또는 기판으로부터, 또는 캡으로부터, 또는 본딩 공정 동안 본딩 층으로부터 불활성 가스 또는 여타의 가스의 가스 방출이 실시되고, 불활성 가스 또는 여타의 가스가 게터에 의해 전혀 펌핑될 수 없거나, 단지 약하게만 펌핑될 수 있는 것도 바람직한데, 그 이유는 본 발명에 따른 방법에 의해 시간상 본딩 공정 이후에 접근 개구부(access opening)에 의해 제1 압력이 설정될 수 있기 때문이다. 그럼으로써, 본 발명에 따른 방법에 의해 상기 가스 방출이 효과적으로 상쇄될 수 있다. 이는, 게터에 의해 전혀 펌핑될 수 없거나, 단지 약하게만 펌핑될 수 있는 불활성 가스 또는 여타의 가스의 가스 방출이 최소로 달성될 압력을 제한할 수도 있고, 더 높은 압력에서도 상기 가스 방출이 내부 압력의 강력한, 의도하지 않은 분산을 야기할 수도 있기 때문에, 바람직하다.
본 발명과 관련하여, 게터라는 용어는, 진공을 최대한 오래 유지하기 위해 이용되는 화학 반응 물질을 의미한다. 예컨대 게터의 표면 상에서는 가스 분자들이 게터 물질의 원자들과 직접 화학적으로 결합된다. 그러나 그 대안으로, 또는 그에 추가로, 가스 분자들은 수착(sorption)을 통해 게터 물질 상에 부착된다. 이런 방식으로, 가스 분자들은 게터 물질의 표면 내에 또는 표면 상에 "포획"된다. 본 발명과 관련하여, 활성화된 게터와 비활성화된 게터 간의 구별이 가능하며, 활성화된 게터는 비활성화된 게터에 비해 상대적으로 더 높은 포획율을 갖는다. 이 경우, 포획율은 예컨대 시간 단위당, 예컨대 초당, 게터 물질의 표면 내에 또는 표면 상에 포획되는 가스 분자들의 개수를 의미한다. 또한, 본 발명에 따라서, 가역적 게터와 비가역적 게터 간의 구분이 이루어진다. 이 경우, 본 발명에 따라서 가역적 게터는 적어도 부분적으로, 또는 대부분 가역적 게터 물질을 포함하고, 비가역적 게터는 적어도 부분적으로, 또는 대부분 비가역적 게터 물질을 포함한다. 그러나 본 발명에 따라서, 가역적 게터뿐만 아니라 비가역적 게터도 각각 적어도 부분적으로 가역적 게터 물질 및 적어도 부분적으로 비가역적 게터 물질을 포함하기도 한다. 본 발명에 따라서, 가역적 게터 물질은, 제1 시점에, 또는 제1 기간 동안 포획된 가스 분자들을 게터 물질의 표면 내에 또는 표면 상에 실질적으로 포획하거나, 또는 흡수하며, 그리고 제2 시점에, 또는 제2 기간 동안에는 포획된 가스 분자들을 게터 물질의 표면에서, 또는 표면으로부터 실질적으로 다시 릴리즈하거나, 또는 방출하는 게터 물질을 의미한다. 본 발명에 따라서, "실질적으로 포획하거나, 또는 흡수한다"란, 예컨대 포획율이 방출율보다 더 크며, 그리고 흡착율 및 흡수율의 제1 합이 탈착율보다 더 크다는 의미로 각각 해석되어야 한다. 본 발명에 따라서, "실질적으로 릴리즈하거나, 또는 방출한다"란, 예컨대 포획율이 방출율보다 더 작으며, 그리고 제1 합이 탈착율보다 더 작다는 의미로 각각 해석되어야 한다. 이 경우, 흡착율은 예컨대 시간 단위당, 예컨대 초당 게터 물질의 표면 상에 포획된 가스 분자들의 개수를 의미한다. 이 경우, 흡수율은 예컨대 시간 단위당, 예컨대 초당 게터 물질의 표면 내에, 또는 게터 물질의 체적 내에 포획된 가스 분자들의 개수를 의미한다. 이 경우, 방출율 또는 탈착율은 예컨대 시간 단위당, 예컨대 초당 게터 물질의 표면에서, 또는 표면으로부터 릴리즈되거나, 또는 방출되는 가스 분자들의 개수를 의미한다. 본 발명에 따라서, 가역적 게터는 실질적으로 재생될 수 있거나, 높은 흡수 특성 및/또는 흡착 특성을 갖는 초기 상태로 전환될 수 있다. 본 발명에 따라서, 흡수 특성 또는 흡착 특성은, 상응하는 가스 분자들이 존재할 때 높은 흡수율 또는 흡착율을 제공한다는 점을 의미한다.
본 발명에 따라서, 바람직하게 입자는 예컨대 하나의 분자 또는 복수개의 분자처럼, 하나의 원자 또는 원자들의 축적물을 의미한다. 본 발명과 관련하여, 입자는 기체, 액체 또는 고체 응집 상태로 있거나, 또는 기상, 액상 또는 고상의 부분이며, 그리고 자신의 주변 환경에 대해 하나 이상의 상 경계면(phase boundary surface)을 포함한다. 특히 본 발명에 따라, 입자는, 마이크로기계 부품의 기준에서 작은 몸체, 다시 말하면 마이크로기계 부품의 최대 크기의 1/10 이하의 크기를 갖는 몸체를 의미한다.
본 발명과 관련하여, "마이크로기계 부품"이란 용어는, 해당 용어가 마이크로기계 부품들뿐만 아니라 마이크로 전기기계 부품들도 포함한다는 의미로 해석되어야 한다.
본 발명은 바람직하게는 하나의 공동부를 포함한 마이크로기계 부품 또는 상기 부품의 제조를 위해 제공된다. 그러나 본 발명은 예컨대 2개의 공동부, 또는 2개보다 많은 개수, 다시 말해 3개, 4개, 5개, 6개, 또는 6개보다 많은 개수의 공동부를 포함하는 마이크로기계 부품을 위해서도 제공된다.
바람직하게 접근 개구부는, 레이저를 이용하여 에너지 또는 열을 흡수하는 기판 또는 캡의 흡수부 내로 에너지 또는 열을 유입시키는 것을 통해 밀폐된다. 이 경우, 바람직하게 에너지 또는 열은, 예컨대 하나의 웨이퍼 상에서 함께 제조되는 복수의 마이크로기계 부품의 기판 또는 캡의 각각의 흡수부 내로 시간상 차례로 유입된다. 그러나 그 대안으로, 예컨대 다수의 레이저 빔 또는 레이저 장치를 이용하여, 복수의 마이크로기계 부품의 기판 또는 캡의 각각의 흡수부 내로 에너지 또는 열을 시간상 동시에 유입시키는 점도 제공된다.
본 발명의 바람직한 구현예들 및 개선예들은 종속 청구항들, 그리고 도면들을 참조한 기재내용에서 확인될 수 있다.
바람직한 개선예에 따라서, 캡은 기판과 함께 제2 공동부를 둘러싸며, 제2 공동부 내에는 제2 압력이 우세하고 제2 화학 조성을 갖는 제2 가스 혼합물이 내포된다.
한 바람직한 개선예에 따라서, 제4 방법 단계에서, 기판은, 공동부가 주변 환경으로부터 기밀 방식으로 분리되는 방식으로, 캡과 연결되며, 제4 방법 단계는 제1 방법 단계 이전 또는 이후에 수행된다. 그에 따라, 바람직하게 접근 개구부는 기판이 캡과 연결되기 전 또는 그 후에 형성될 수 있는 점이 가능해진다.
바람직한 개선예에 따라서, 제5 방법 단계에서 펌핑 단계 및/또는 가열 단계 및/또는 플러싱(flushing) 단계 및/또는 세척 단계가 실행된다. 이로써, 바람직하게는 제1 공동부에서, 그리고 마이크로기계 부품의 주변 환경 내로 가스들 및/또는 입자들의 제거, 및/또는 제1 공동부로 향해 있는, 기판 및/또는 캡의 표면들의 원하는 표면 컨디셔닝이 가능해진다.
한 바람직한 개선예에 따라서, 제5 방법 단계는 시간상 제1 방법 단계 후에, 그리고 시간상 제3 방법 단계 전에 실행된다. 이로써, 바람직하게는 본딩 공정을 기반으로 제1 공동부 내에 도달한 가스들 및/또는 입자들뿐만 아니라, 접근 개구부를 형성하는 것을 통해 제1 공동부 내에 도달한 가스들 및/또는 입자들도 제1 공동부에서 제거되어 마이크로기계 부품의 주변 환경 내로 이동될 수 있는 점이 가능해진다.
본 발명의 또 다른 대상은, 기판과, 이 기판과 연결되어 그 기판과 함께 제1 공동부를 둘러싸는 캡을 포함하는 마이크로기계 부품이며, 제1 공동부 내에는 제1 압력이 우세하고 제1 화학 조성을 갖는 제1 가스 혼합물이 내포되고, 기판 또는 캡은 밀폐된 접근 개구부를 포함하며, 마이크로기계 부품은 제1 공동부 내에 배치되어 접근 개구부의 밀폐 동안 생성된 레이저 빔을 통해 적어도 부분적으로 활성화된 게터를 포함한다. 이로써, 바람직한 방식으로, 설정된 제1 압력을 보유하여 콤팩트하고 기계적으로 내구성이 있으면서 비용 효과적인 마이크로기계 부품이 제공된다. 본 발명에 따른 방법의 상술한 장점들은 그에 상응하게 본 발명에 따른 마이크로기계 부품에도 역시 적용된다.
바람직한 개선예에 따라서, 활성화된 게터는, 마이크로기계 부품의 주 연장 평면으로의 활성화된 게터의 제1 투영과, 주 연장 평면으로의 접근 개구부의 제2 투영이 적어도 부분적으로 중첩되는 방식으로 배치된다. 이로써, 바람직하게는, 게터가, 주 연장 평면에 대해 실질적으로 수직으로 접근 개구부를 통해 입사되는 레이저 빔에 의해 적어도 부분적으로 활성화될 수 있는 점이 가능해진다.
한 바람직한 개선예에 따라서, 기판 및/또는 캡은 규소를 함유한다. 이로써, 바람직하게는, 마이크로기계 부품이 종래 기술로부터 공지된 적층 기술의 제조 방법들로 제조될 수 있는 점이 가능해진다.
한 바람직한 개선예에 따라서, 활성화된 게터는 비가역적 게터 물질 및/또는 가역적 게터 물질을 포함한다. 이로써, 바람직하게는, 흡수된 입자들을 게터가 다시 공동부 내로 릴리즈하지 않고, 그리고/또는 목적한 대로 흡수된 입자들은 적어도 부분적으로 다시 공동부 내로 릴리즈할 수 있게 된다.
특히, 본 발명에 따른 방법은, 가역적 게터의 이용을 기반으로 가역적 게터가 캡 밀봉 전에, 또는 본딩 공정 전에 화학적으로 비활성 상태로 존재하지 않아도 되기 때문에 바람직하다. 달리 말하면, 가역적 게터는 본딩 공정 전에 비활성화된 상태로 있어야 하는 것이 아니라, 이미 본딩 공정 전에 활성화된 상태로 있을 수 있다. 그에 따라, 본 발명에 따른 방법에 따라서, 게터는 캡 밀봉 후에, 또는 본딩 공정 후에 별도의 온도 단계에서 활성화되지 않아도 된다. 오히려, 가역적 게터는 가역적 게터의 증착 직후에 활성화 상태가 될 수 있다. 이로써, 예컨대 종래 기술에서 공지된 방법들에서 사용되지 않는 물질을 게터 물질로서 사용할 수 있다.
한 바람직한 개선예에 따라서, 캡은 기판과 함께 제2 공동부를 둘러싸며, 제2 공동부 내에는 제2 압력이 우세하고 제2 화학 조성을 갖는 제2 가스 혼합물이 내포된다. 이로써, 바람직한 방식으로, 설정된 제1 압력 및 제2 압력을 가지며 콤팩트하고 기계적으로 내구성이 있으면서 비용 효과적인 마이크로기계 부품이 제공된다.
한 바람직한 개선예에 따라서, 제1 압력은 제2 압력보다 더 낮으며, 제1 공동부 내에는 요레이트 측정을 위한 제1 센서 유닛이 배치되고, 제2 공동부 내에는 가속도 측정을 위한 제2 센서 유닛이 배치된다. 이로써, 바람직한 방식으로, 제1 센서 유닛 및 제2 센서 유닛에 대해 모두 최적인 작동 조건들을 보유하여 요레이트 측정 및 가속도 측정을 위한 기계적으로 내구성이 있는 마이크로기계 부품이 제공된다.
도 1은, 본 발명의 예시의 실시형태에 따르는, 접근 개구부가 개방되어 있는 상태의 마이크로기계 부품을 도시한 개략도이다.
도 2는, 접근 개구부가 밀폐되어 있는 상태의 도 1에 따른 마이크로기계 부품을 도시한 개략도이다.
도 3은, 본 발명의 예시의 실시형태에 따르는, 마이크로기계 부품을 제조하기 위한 방법을 나타낸 개략도이다.
도 4, 도 5 및 도 6은, 본 발명의 또 다른 예시의 실시형태에 따르는 본 발명에 따른 방법의 상이한 시점들에서 마이크로기계 부품을 각각 도시한 개략도이다.
여러 도면에서, 동일한 부재들에는 동일한 도면부호들이 부여되며, 그로 인해 상기 부재들은 일반적으로 각각 단지 한 번만 명명되고 언급된다.
도 1 및 도 2에는, 마이크로기계 부품(1)이 도 1에서는 접근 개구부(11)가 개방된 상태로, 그리고 도 2에서는 접근 개구부(11)가 밀폐된 상태로 본 발명의 예시의 실시형태에 따라서 개략도로 도시되어 있다. 이 경우, 마이크로기계 부품(1)은 기판(3)과 캡(7)을 포함한다. 기판(3)과 캡(7)은 바람직하게는 기밀 방식으로 서로 연결되어 함께 제1 공동부(5)를 둘러싼다. 예컨대 마이크로기계 부품(1)은, 기판(3) 및 캡(7)이 함께 제2 공동부를 추가로 둘러싸는 방식으로 형성된다. 그러나 제2 공동부는 도 1 및 도 2에는 도시되어 있지 않다.
예컨대 제1 공동부(5) 내에는, 특히 도 2에 도시된 밀폐된 접근 개구부(11)의 경우처럼, 제1 압력이 우세하다. 또한, 제1 화학 조성을 갖는 제1 가스 혼합물도 제1 공동부(5) 내에 내포된다. 또한, 예컨대 제2 공동부 내에는 제2 압력이 우세하고 제2 화학 조성을 갖는 제2 가스 혼합물도 제2 공동부 내에 내포된다. 바람직하게 접근 개구부(11)는 기판(3) 내에, 또는 캡(7) 내에 배치된다. 여기서 제시되는 실시예의 경우, 접근 개구부(11)는 예시로서 캡(7) 내에 배치되어 있다. 그러나 본 발명에 따라서 그 대안으로 접근 개구부(11)는 기판(3) 내에 배치될 수도 있다.
예컨대 제1 공동부(5) 내의 제1 압력은 제2 공동부 내의 제2 압력보다 더 낮다. 또한, 예컨대 제1 공동부(5) 내에는 도 1 및 도 2에 도시되지 않은 요레이트 측정을 위한 제1 마이크로기계식 센서 유닛이 배치될 수 있고, 제2 공동부 내에는 도 1 및 도 2에 도시되지 않은 가속도 측정을 위한 제2 마이크로기계식 센서 유닛이 배치될 수도 있다.
도 3에는, 본 발명의 예시의 실시형태에 따르는, 마이크로기계 부품(1)을 제조하기 위한 방법이 개략도로 도시되어 있다. 이 경우,
-- 제1 방법 단계(101)에서, 마이크로기계 부품(1)의 주변 환경(9)과 제1 공동부(5)를 연결하는, 특히 협폭인 접근 개구부(11)가 기판(3) 내에, 또는 캡(7) 내에 형성된다. 도 1에는, 예시로서 제1 방법 단계(101) 후의 마이크로기계 부품(1)이 도시되어 있다. 또한,
-- 제2 방법 단계(102)에서, 제1 공동부(5) 내의 제1 압력 및/또는 제1 화학 조성이 설정되거나, 또는 제1 공동부(5)가 요구되는 가스 및 요구되는 내부 압력으로 접근 채널을 통해 과류된다. 그 외에, 예컨대
-- 제3 방법 단계(103)에서, 접근 개구부(11)는 레이저를 이용하여 기판(3) 또는 캡(7)의 흡수부 내로 에너지 또는 열을 유입시키는 것을 통해 밀폐된다. 또한, 그 대안으로, 예컨대
-- 제3 방법 단계(103)에서, 접근 채널 둘레의 영역이 오직 바람직하게는 레이저에 의해 국소적으로만 가열되고 접근 채널은 기밀 방식으로 밀폐된다. 그에 따라, 바람직하게는, 접근 개구부(11)를 밀폐하기 위해 레이저와 다른 에너지원도 이용하는 본 발명에 따른 방법을 제공할 수 있다. 도 2에는, 예시로서 제3 방법 단계(103) 후의 마이크로기계 부품(1)이 도시되어 있다.
시간상 제3 방법 단계(103) 후에, 도 2에 예시로서 도시된 측면 영역(15)에서, 공동부(5)의 반대 방향으로 향해 있는 캡(7)의 표면 상에, 그리고 측면 영역(15)의 투영에 대해 수직인 깊이에서 마이크로기계 부품(1)의 표면 상으로, 다시 말해 접근 개구부(11)를 따라서, 그리고 제1 공동부(5)의 방향으로 기계적 응력이 발생할 수 있다. 상기 기계적 응력, 특히 국소적 기계적 응력은, 특히 제3 방법 단계(103)에서 액체 응집 상태로 전이되고 제3 방법 단계(103) 후에는 고체 응집 상태로 전이되면서 접근 개구부(11)를 밀폐하는 캡(7)의 재료 영역(13)과, 제3 방법 단계(103) 동안 고체 응집 상태로 잔존하는 캡(7)의 잔여 영역 사이의 경계면 상에서, 그리고 그 근처에서 우세하다. 이 경우, 도 2에는, 특히 자신의 측면 연장부 또는 윤곽 형성부, 특히 표면에 대해 평행하게 연장되는 상기 측면 연장부 또는 윤곽 형성부와 관련하여, 그리고 특히 측면 연장부에 대해 수직으로, 특히 표면에 대해 수직으로 연장되는 팽창부 또는 구성부와 관련하여, 접근 개구부(11)를 밀폐하는 캡(7)의 재료 영역(13)이 오직 개략적인 것으로서만 간주되거나, 또는 개략적으로만 도시된 것이다.
예컨대, 추가로, 도 3에 도시된 제3 방법 단계(103) 전에 제1 공동부(5) 내로 유입된 게터(503)는 레이저에 의해 생성된 레이저 빔(505)에 의해 제3 방법 단계(103) 동안 적어도 부분적으로 활성화된다. 달리 말하면, 접근 개구부(11)는 레이저 빔(505)에 의해 밀폐되며, 밀폐될 때까지, 또는 시간상 접근 개구부(11)가 밀폐되기 전에, 소정의 대기압이 예컨대 제1 공동부(5) 내에서, 그리고/또는 주변 환경(9)에서 유지된다. 이 경우, 밀폐 공정의 개시 시점에, 흡착 물질(503)는, 예컨대 캡 재료(7) 또는 규소가 용융되어 접근 개구부(11)가 밀폐되기 전에, 접근 개구부(11)를 통해 제1 공동부(5) 내로 입사되는 레이저 빔(507)을 통해 활성화된다(509).
예컨대, 제4 방법 단계에서, 기판(3)은, 공동부(5)가 주변 환경(9)으로부터 기밀 방식으로 분리되는 방식으로, 캡(7)과 연결되며, 제4 방법 단계는 제1 방법 단계(101) 이전 또는 이후에 실행된다.
도 4, 도 5 및 도 6에는, 본 발명의 또 다른 예시의 실시형태에 따르는 본 발명에 따른 방법의 상이한 시점들에서 마이크로기계 부품이 각각 개략도로 도시되어 있다. 이 경우, 마이크로기계 부품(1)은, 예시로서 제1 공동부(5) 내에 배치되어 접근 개구부(11)의 밀폐 동안 생성되는 레이저 빔(505)을 통해 적어도 부분적으로 활성화된 게터(503)를 포함한다. 이 경우, 활성화된 게터(503)는, 예컨대 마이크로기계 부품(1)의 주 연장 평면(100) 상에서 활성화된 게터(503)의 제1 투영과, 주 연장 평면(100) 상에서 접근 개구부(11)의 제2 투영이 적어도 부분적으로 중첩되는 방식으로 배치된다. 또한, 활성화된 게터(503)는 예컨대 비가역적 게터 물질 및/또는 가역적 게터 물질을 포함한다. 도 4, 도 5 및 도 6에는, 예시로서 MEMS 요소(501)가 도시되어 있다. MEMS 요소(501)는 예컨대 요레이트 측정을 위한 제1 센서 유닛이다. 또한, 도 5에는, 접근 개구부(11)를 통과하여 공동부(5) 내로, 그리고 활성 대상 게터(503) 상으로 입사되고, 활성 대상 게터(503)와 상호작용하면서 게터(503)를 여기하여 비활성화된 상태에서 활성화된 상태로 전이시키는 레이저 빔(505)의 레이저 빔 부분(507)도 도시되어 있다. 도 5 및 도 6에서의 활성화된 게터(503)는, 도 4에서의 비활성화된 게터(503)와 비교하면, 활성화된 게터(503)가 도 5 및 도 6에서 도면부호 509에 의해 활성화된 것으로 표시된 점으로써 구분된다.
예컨대, 제1 공동부 내로는, 산소, 수소 등과 같은 반응성 가스들에 대해 흡착성을 보유하면서 레이저를 이용한 조사(irradiation)를 통해 활성화될 수 있는 물질이 유입된다. 예컨대 상기 물질은 제1 공동부(5) 내로, 그리고 제1 공동부(5)로 향해 있는 기판(3) 또는 캡(7)의 표면 상으로 시간상 기판(3)과 캡(7) 간의 본딩 단계 전에 유입되고 적층된다. 제1 공동부(5) 내에서 요구되는 내부 압력 또는 제1 압력의 설정을 위해, 공동부는, 후속하여, 예컨대 제1 방법 단계(101)에서, 제1 공동부(5) 내에서의 압력 설정을 가능하게 하는 환기 개구부 또는 접근 개구부(11)를 구비하게 된다. 압력 설정은, 예컨대, 또는 바람직하게는, 경우에 따라 공동부 내에 존재하는 잔여 가스의 증발을 허용하는 증가된 온도 조건에서, 또는 20℃ 또는 30℃ 또는 40℃ 또는 50℃ 또는 60℃ 또는 70℃ 또는 80℃ 또는 90℃ 또는 100℃ 또는 200℃ 또는 300℃ 또는 400℃ 또는 500℃ 또는 1000℃보다 더 고온 조건에서 수행된다. 예컨대 온도 단계 후에, 환기 홀 또는 접근 개구부(11)는 레이저에 의해 밀봉되거나, 또는 제3 방법 단계(103)가 실행되어 요구되는 내부 압력이 설정된다. 예컨대 그와 동시에 밀폐 공정의 개시 시점에[다시 말해 예컨대 기판(3) 또는 캡(7) 또는 규소가 적어도 부분적으로 용융되기 전에] 환기 홀 또는 접근 개구부를 통과하여 챔버 또는 제1 공동부(5) 내로 입사되는 레이저 빔(507)을 통해 흡착 물질 또는 게터(503)가 활성화된다(예컨대 증발을 통해서도 활성화된다). 이를 위해, 흡착 물질은 예컨대 도 4, 도 5 및 도 6에 도시된 것처럼 환기 홀 또는 접근 개구부(11)의 하부에서 제1 공동부(5)의 베이스 상에 위치된다. 이 경우, 물질 또는 게터(503) 또는 게터 물질과 밀폐 공정은, 밀폐 공정의 개시 시점에 레이저에 의해 조사되는 에너지량만으로도 충분하게 물질을 활성화하거나, 또는 게터를 활성화된 상태로 전환할 수 있는 방식으로, 서로 매칭된다. 시간상 그에 후속하여, 게터 물질은 예컨대 경우에 따라 누출을 통해 스며들거나, 또는 여전히 챔버 내에 존재하는 잔여 가스를 부품의 수명기간에 걸쳐 흡수한다.
본 발명에 따라서, 유입된 물질 또는 게터 물질, 또는 활성화된 게터는 단지 낮은 흡착성 또는 수착성만 보유하면 되는데, 그 이유는 상기 물질, 또는 게터 물질 또는 활성화된 게터가 오직, 공동부의 기밀한 밀폐 후에 스며드는 소량의 가스만 흡수하면 되기 때문이다. 오직 낮게만 요구되는 수착성은, 본 발명에 따른 방법의 경우 제1 방법 단계(101), 제2 방법 단계(102) 및 제3 방법 단계(103)가 수행되고, 그 결과 제1 압력이 시간상 본딩 공정 후에 목적한 대로 설정될 수 있음으로써 가능해진다. 또 다른 장점은, 물질의 활성화를 위해, 예컨대 증가된 온도를 이용한 공정 단계와 같은 추가적인 공정 단계들이 필요하지 않다는 점에 있다. 예컨대 이런 경우, 게터는, 시간상 웨이퍼 공정에 후속하여 예컨대 센서 요소의 사용 동안 증가된 온도와 같은 영향 계수들을 통한 가스 조성 또는 제1 화학 조성의 변동을 상쇄시킨다.
또한, 예컨대, 제5 방법 단계에서 펌핑 단계 및/또는 가열 단계 및/또는 플러싱 단계 및/또는 세척 단계가 실행된다. 또한, 이런 경우, 예컨대 제5 방법 단계는 시간상 제1 방법 단계 후에, 그리고 시간상 제3 방법 단계(103) 전에 실행된다.
달리 말하면, 접근 개구부(11) 또는 복수의 접근 개구부(11)의 제조 후에, 먼저, 예컨대 제1 공동부(5)에서 불활성 가스들을 제거하기 위해, 제1 공동부(5)가 펌핑 배출된다. 예컨대 시간상 그런 후에, 접근 개구부들(11)은 소정의 대기압하에서 밀폐되고 다시금 시간상 그런 후에 게터가 활성화된다. 또한, 본 발명에 따라서, 게터는 시간상 제3 방법 단계 후에 예컨대 온도 단계를 통해, 또는 증가된 온도 조건에서의 또 다른 방법 단계를 통해 활성화된다. 또한, 예컨대, 시간상 접근 개구부들(11)의 제조 후에, 가열, 펌핑, 및 플러싱 또는 세척 주기들이 적용된다. 이로써, 예컨대 목적한 대로, 요구되지 않은 가스들의 방출 또는 원하는 표면 컨디셔닝이 설정될 수 있다.
종래 기술에 대한 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 마이크로기계 부품(1)의 또 다른 장점들은 하기와 같다.
-- 칩 상에서, 다양한 센서 코어들이 내부 압력에 대한 상이한 요건들과 간단하게 조합될 수 있다.
-- 임의의 내부 압력 및 매우 낮은 내부 압력들도 MEMS 공동부 내에서 설정될 수 있다.
-- 공동부의 밀폐 후에, 누출을 통해 경우에 따라 스며들거나, 또는 공동부 내에 잔존하는 잔여 가스량이 수명기간에 걸쳐 신뢰성 있게 흡수될 수 있다.
-- 본원의 기술은 간단하고 내구성이 있으면서도 비용 효과적이다.
-- 제조 방법은 공지된 제조 공정들, 예를 들면, 예컨대 알루미늄-게르마늄(AlGe) 공융 본딩 및 씰 유리 본딩과 같은 캡 밀봉 공정들과 호환될 수 있다.
-- 본 발명에 따른 방법은 유효수명에 걸쳐 안정된 MEMS 공동부의 밀폐를 허용한다.
-- 예컨대 요레이트 측정용 제1 센서 유닛과 가속도 측정용 제2 센서 유닛을 포함하는 마이크로기계 부품(1)에서와 같은 콤비 센서들 내에서는, 낮은 수착성을 보유하는 게터 물질들이 이용될 수 있는데, 그 이유는 대개 밀폐 전에 접근 홀 또는 접근 개구부(11)를 경유하여 이미 매우 낮은 압력을 요레이트 센서의 제1 공동부(5) 내에 제공할 수 있기 때문이다.
-- 콤비 센서들 내에서는, 매우 적은 양의 게터 물질들이 사용될 수 있는데, 그 이유는 대개 밀폐 전에 접근 개구부를 경유하여 이미 매우 낮은 압력을 요레이트 센서의 공동부 내에 제공할 수 있기 때문이다.
-- 콤비 센서들 내에서는, 본딩 공정과 무관하게 레이저 조사를 통해 활성화될 수 있는 게터 물질들이 이용될 수 있다. 이 경우, 비가역적 게터 물질 및 재생 가능한 게터 물질이 이용될 수 있다.
-- 본딩 공정 동안 방출된 가스들은, 게터가 활성화되기 전에 먼저 접근 개구부를 통해 펌핑 배출될 수 있다.

Claims (10)

  1. 기판(3)과; 기판(3)과 연결되어 기판(3)과 함께 제1 공동부(5)를 둘러싸는 캡(7);을 포함하는 마이크로기계 부품(1)을 제조하기 위한 방법으로서, 제1 공동부(5) 내에는 제1 압력이 내포되고, 제1 화학 조성을 갖는 제1 가스 혼합물이 내포되며,
    -- 제1 방법 단계(101)에서, 마이크로기계 부품(1)의 주변 환경(9)과 상기 제1 공동부(5)를 연결하는 접근 개구부(11)가 상기 기판(3) 내에, 또는 상기 캡(7) 내에 형성되며,
    -- 제2 방법 단계(102)에서, 상기 제1 공동부(5) 내에 제1 압력 및/또는 제1 화학 조성이 설정되며,
    -- 제3 방법 단계(103)에서, 상기 접근 개구부(11)는 레이저를 이용하여 상기 기판(3) 또는 상기 캡(7)의 흡수부 내로 에너지 또는 열을 유입시키는 것을 통해 밀폐되는, 마이크로기계 부품의 제조 방법에 있어서,
    상기 제3 방법 단계(103) 전에 제1 공동부(5) 내로 유입된 게터(503)가 레이저에 의해 생성된 레이저 빔(505)에 의해 상기 제3 방법 단계(103) 동안 적어도 부분적으로 활성화되는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 부품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 제4 방법 단계에서, 상기 기판(3)은, 상기 제1 공동부(5)가 주변 환경(9)으로부터 기밀되면서 분리되도록, 상기 캡(7)과 연결되며, 상기 제4 방법 단계는 상기 제1 방법 단계(101) 이전 또는 이후에 수행되는, 마이크로기계 부품의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제5 방법 단계에서, 펌핑 단계, 가열 단계, 플러싱 단계, 및 세척 단계 중 적어도 하나가 수행되는, 마이크로기계 부품의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제5 방법 단계는 시간상 상기 제1 방법 단계 이후에, 그리고 시간상 제3 방법 단계(103) 이전에 실행되는, 마이크로기계 부품의 제조 방법.
  5. 기판(3)과; 이 기판(3)에 연결되어 기판(3)과 함께 제1 공동부(5)를 둘러싸는 캡(7);을 포함하는 마이크로기계 부품(1)으로서, 제1 공동부(5) 내에는 제1 압력이 내포되고 제1 화학 조성을 갖는 제1 가스 혼합물이 내포되며, 상기 기판(3) 또는 상기 캡(7)은 밀폐된 접근 개구부(11)를 포함하는, 마이크로기계 부품에 있어서,
    상기 마이크로기계 부품(1)은, 제1 공동부(5) 내에 배치되어 접근 개구부(11)의 밀폐 동안 생성된 레이저 빔(505)을 통해 적어도 부분적으로 활성화되는 게터(503)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 마이크로기계 부품(1).
  6. 제5항에 있어서, 활성화된 게터(503)는, 마이크로기계 부품(1)의 주 연장 평면(100)으로의 상기 활성화된 게터(503)의 제1 투영과, 주 연장 평면(100)으로의 접근 개구부(11)의 제2 투영이 적어도 부분적으로 중첩되는 방식으로 배치되는, 마이크로기계 부품(1).
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 기판(3) 및/또는 캡(7)은 규소를 함유하는, 마이크로기계 부품(1).
  8. 삭제
  9. 제5항 또는 제6항에 있어서, 캡(7)은 기판(3)과 함께 제2 공동부를 둘러싸며, 상기 제2 공동부 내에는 제2 압력이 내포되고, 제2 화학 조성을 갖는 제2 가스 혼합물이 내포되는, 마이크로기계 부품(1).
  10. 제5항 또는 제6항에 있어서, 제1 압력이 제2 압력보다 더 낮으며, 제1 공동부(5) 내에는 요레이트 측정을 위한 제1 센서 유닛이 배치되고, 제2 공동부 내에는 가속도 측정을 위한 제2 센서 유닛이 배치되는, 마이크로기계 부품(1).
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