KR102608498B1 - 다중 주파수 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 및 이의 제조 방법 - Google Patents
다중 주파수 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 및 이의 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102608498B1 KR102608498B1 KR1020220033451A KR20220033451A KR102608498B1 KR 102608498 B1 KR102608498 B1 KR 102608498B1 KR 1020220033451 A KR1020220033451 A KR 1020220033451A KR 20220033451 A KR20220033451 A KR 20220033451A KR 102608498 B1 KR102608498 B1 KR 102608498B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- transducer cell
- wafer
- transducer
- membrane
- forming
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 9
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims description 91
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 61
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 31
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 30
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 22
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 10
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 53
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 5
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 2
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
- H04R19/005—Electrostatic transducers using semiconductor materials
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B06—GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
- B06B—METHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
- B06B1/00—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
- B06B1/02—Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
- B06B1/0292—Electrostatic transducers, e.g. electret-type
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R19/00—Electrostatic transducers
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
- H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
- H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
- H04R2201/003—Mems transducers or their use
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
다중 주파수 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 및 이의 제조 방법이 개시된다. 다양한 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서는, 제1 주파수의 초음파 신호를 출력하는 제1 트랜스듀서 셀(transducer cell)과 상기 제1 트랜스듀서 셀과 전기적으로 연결되어 상기 제1 트랜스듀서 셀과 동일한 전압으로 구동 가능하며, 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수의 초음파 신호를 출력하는 제2 트랜스듀서 셀을 포함할 수 있다.
Description
아래 개시는 다중 주파수 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서(capitive micromachined ultrasonic transducer, CMUT)는 미세가공된 캐비티(micromachined cavity) 위에 멤브레인(membrane)이 위치하는 구조를 가지며, 음향 신호를 전기 신호로 또는 전기 신호를 음향 신호로 변환하는 데 사용될 수 있다.
CMUT은 미세 가공된 장치로써, CMUT을 이용하면 2D 트랜스듀서 어레이의 구성이 더 용이할 수 있다. 다른 트랜스듀서 어레이에 비해 CMUT으로 구성된 트랜스듀서 어레이는 더 많은 트랜스듀서를 포함할 수 있고, 더 넓은 대역폭을 제공할 수 있다.
일반적인 초음파 트랜스듀서는 압전에 기반하여 신호를 변환하지만, CMUT은 커패시턴스의 변화에 기반하여 에너지 변환을 수행한다. CMUT은 일반적으로 장치의 동작 위치를 결정하는 DC 전압을 사용하여 바이어스된다. AC 신호가 바이어스된 CMUT의 전극에 인가되면, 멤브레인이 진동하여 초음파를 생성함할 수 있고, 이 때 CMUT는 초음파 송신기로 동작한다. 한편, 바이어스된 CMUT의 멤브레인에 초음파가 가해지면, CMUT의 커패시턴스의 변화에 따라 전기 신호가 발생할 수 있고, 이 때 CMUT은 초음파 수신기로 동작한다.
다중 주파수(예: 이중 주파수) 초음파 트랜스듀서 시스템은 복수의 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 셀을 포함하고, 복수의 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 셀 각각은 상이한 주파수의 초음파 신호를 출력할 수 있다. 이 때 각각의 트랜스듀서의 셀에 필요한 DC 전압의 크기는 상이할 수 있고, 단일 전압으로 복수의 트랜스듀서 셀을 구동하지는 못하는 한계가 존재한다. 단일 전압으로 상이한 주파수의 초음파 신호를 출력하는 복수의 트랜스듀서 셀을 구동하기 위해서는, 추가적인 회로가 요구된다. 추가적인 회로 없이도 단일 전압을 통해 구동되는 다중 주파수 초음파 트랜스듀서에 관한 기술이 요구될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 멤브레인의 하부에 추가적으로 형성된 나노 포스트에 기초하여 추가적인 회로 없이도 단일 전압을 통해 구동되는 다중 주파수 초음파 트랜스듀서를 제공할 수 있다.
다만, 기술적 과제는 상술한 기술적 과제들로 한정되는 것은 아니며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서는, 제1 주파수의 초음파 신호를 출력하는 제1 트랜스듀서 셀(transducer cell)과 상기 제1 트랜스듀서 셀과 전기적으로 연결되어 상기 제1 트랜스듀서 셀과 동일한 전압으로 구동 가능하며, 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수의 초음파 신호를 출력하는 제2 트랜스듀서 셀을 포함할 수 있다.
상기 제2 트랜스듀서 셀은, 상기 제2 트랜스듀서 셀의 캐비티 내부에 위치하여 상기 캐비티의 높이를 감소시키는 제2 나노 포스트를 포함할 수 있다.
상기 제1 트랜스듀서 셀은, 기판과 상기 기판 위에 형성된 제1 나노 포스트와 상기 제1 나노 포스트를 덮는 멤브레인과 상기 기판, 상기 제1 나노 포스트, 및 상기 멤브레인으로 둘러싸인 캐비티(cavity)를 포함할 수 있다.
상기 제2 트랜스듀서 셀은, 기판과 상기 기판 위에 형성된 제1 나노 포스트와 상기 제1 나노 포스트를 덮는 멤브레인과 상기 기판, 상기 제1 나노 포스트, 및 상기 멤브레인으로 둘러싸인 캐비티와 상기 캐비티 내부에 위치하며, 상기 멤브레인의 하부에 상기 멤브레인과 평행하게 형성되어 상기 멤브레인의 하부의 일부분을 노출시키거나 또는 상기 기판의 상부에 상기 기판과 평행하게 형성되어 상기 기판의 상부의 일부분을 노출시키는 제2 나노 포스트를 포함할 수 있다.
상기 제1 트랜스듀서 셀의 멤브레인의 직경은 상기 제2 트랜스듀서 셀의 멤브레인의 직경보다 더 큰 것일 수 있다.
상기 제1 트랜스듀서 셀의 제1 나노 포스트의 높이와 상기 제2 트랜스듀서 셀의 제1 나노 포스트의 높이는 동일한 것일 수 있다.
상기 제1 트랜스듀서 셀의 풀인 전압 및 상기 제2 트랜스듀서 셀의 풀인 전압(pull in voltage)은 동일하고, 상기 제1 트랜스듀서 셀 및 상기 제2 트랜스듀서 셀에 상기 풀인 전압 이상의 전압이 동시에 인가된 경우에 응답하여, 상기 제1 트랜스듀서 셀 및 상기 제2 트랜스듀서 셀은 동시에 붕괴 모드(collapse mode)로 동작할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조 방법은, 제1 웨이퍼를 패터닝하여, 제1 트랜스듀서 셀 및 제2 트랜스듀서 셀을 구성하는 제1 나노 포스트를 형성하는 동작과 제2 웨이퍼를 패터닝하여 상기 제2 트랜스듀서 셀의 캐비티 내부에 위치하는 제2 나노 포스트를 형성하는 동작과 패터닝된 제1 웨이퍼와 패터닝된 제2 웨이퍼를 본딩하여, 제1 주파수의 초음파 신호를 출력하는 상기 제1 트랜스듀서 셀 및 상기 제1 트랜스듀서 셀과 전기적으로 연결되어 상기 제1 트랜스듀서 셀과 동일한 전압으로 구동 가능하며 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수의 초음파 신호를 출력하는 상기 제2 트랜스듀서 셀을 형성하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 제1 나노 포스트를 형성하는 동작은, 상기 제1 웨이퍼를 습식 산화시킴으로써 산화막을 생성하는 동작과 상기 산화막 위에 포토레지스트 층을 형성하는 동작과 상기 포토레지스트 층을 패터닝하는 동작과 패터닝된 포토레지스트 층에 기초하여 상기 산화막을 식각함으로써 제1 나노 포스트를 형성하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 제2 나노 포스트를 형성하는 동작은, 상기 제2 웨이퍼를 습식 산화시킴으로써 제1 산화막 및 제2 산화막을 포함하는 산화막을 형성하는 동작과 상기 제1 산화막 위에 제1 포토레지스트 층을 형성하는 동작과 상기 제1 포토레지스트 층을 패터닝하는 동작과 패터닝된 제1 포토레지스트 층에 기초하여 상기 제1 산화막을 식각하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 제2 나노 포스트를 형성하는 동작은, 상기 제2 산화막 위에 제2 포토레지스트 층을 형성하는 동작과 상기 제2 포토레지스트 층을 패터닝하는 동작과 패터닝된 제2 포토레지스트 층에 기초하여 상기 제2 산화막을 식각함으로써 얼라인 마크(align mark)를 형성하는 동작을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 트랜스듀서 셀을 형성하는 동작은, 상기 패터닝된 제1 웨이퍼의 얼라인 마크 및 상기 패터닝된 제2 웨이퍼의 얼라인 마크에 기초하여 상기 패터닝된 제1 웨이퍼와 상기 패터닝된 제2 웨이퍼를 본딩하는 동작과 상기 패터닝된 제2 웨이퍼를 식각하여 멤브레인을 형성하는 동작과 상기 멤브레인 위에 전극을 배치하는 동작을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따른 초음파 트랜스듀서 제조 방법은, 제1 웨이퍼를 패터닝하여 제2 트랜스듀서 셀의 캐비티 내부에 위치하는 제2 나노 포스트를 형성하는 동작과 제2 웨이퍼를 패터닝하여, 제1 트랜스듀서 셀 및 상기 제2 트랜스듀서 셀을 구성하는 제1 나노 포스트를 형성하는 동작과 패터닝된 제1 웨이퍼와 패터닝된 제2 웨이퍼를 본딩하여, 제1 주파수의 초음파 신호를 출력하는 상기 제1 트랜스듀서 셀 및 상기 제1 트랜스듀서 셀과 전기적으로 연결되어 상기 제1 트랜스듀서 셀과 동일한 전압으로 구동 가능하며 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수의 초음파 신호를 출력하는 상기 제2 트랜스듀서 셀을 형성하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 제2 나노 포스트를 형성하는 동작은, 상기 제1 웨이퍼를 습식 산화시킴으로써 산화막을 생성하는 동작과 상기 산화막 위에 포토레지스트 층을 형성하는 동작과 상기 포토레지스트 층을 패터닝하는 동작과 패터닝된 포토레지스트 층에 기초하여 상기 산화막을 식각함으로써 상기 제2 나노 포스트를 형성하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 제1 나노 포스트를 형성하는 동작은, 상기 제2 웨이퍼를 습식 산화시킴으로써 제1 산화막 및 제2 산화막을 포함하는 산화막을 형성하는 동작과 상기 제1 산화막 위에 제1 포토레지스트 층을 형성하는 동작과 상기 제1 포토레지스트 층을 패터닝하는 동작과 패터닝된 제1 포토레지스트 층에 기초하여 상기 제1 산화막을 식각하는 동작을 포함할 수 있다.
상기 제1 나노 포스트를 형성하는 동작은, 상기 제2 산화막 위에 제2 포토레지스트 층을 형성하는 동작과 상기 제2 포토레지스트 층을 패터닝하는 동작과 패터닝된 제2 포토레지스트 층에 기초하여 상기 제2 산화막을 식각함으로써 얼라인 마크(align mark)를 형성하는 동작을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 트랜스듀서 셀을 형성하는 동작은, 상기 패터닝된 제1 웨이퍼의 얼라인 마크 및 상기 패터닝된 제2 웨이퍼의 얼라인 마크에 기초하여 상기 패터닝된 제1 웨이퍼와 상기 패터닝된 제2 웨이퍼를 본딩하는 동작과 상기 패터닝된 제2 웨이퍼를 식각하여 멤브레인을 형성하는 동작과 상기 멤브레인 위에 전극을 배치하는 동작을 포함할 수 있다.
도 1은 다중 주파수 초음파 트랜스듀서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 다양한 실시예에 따른 다중 주파수 초음파 트랜스듀서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 상이한 주파수의 초음파 신호를 출력하는 복수의 트랜스듀서 셀에 포함된 멤브레인의 변위를 각각 나타낸다.
도 4는 멤브레인의 직경 및 캐비티의 실질적인 높이에 따른 초음파 신호의 출력 주파수를 나타낸다.
도 5a 내지 도 6d는 다양한 실시예에 따른 다중 주파수 초음파 트랜스듀서의 제조 방법을 나타낸다.
도 2a 내지 도 2c는 다양한 실시예에 따른 다중 주파수 초음파 트랜스듀서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 상이한 주파수의 초음파 신호를 출력하는 복수의 트랜스듀서 셀에 포함된 멤브레인의 변위를 각각 나타낸다.
도 4는 멤브레인의 직경 및 캐비티의 실질적인 높이에 따른 초음파 신호의 출력 주파수를 나타낸다.
도 5a 내지 도 6d는 다양한 실시예에 따른 다중 주파수 초음파 트랜스듀서의 제조 방법을 나타낸다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 다중 주파수 초음파 트랜스듀서를 설명하기 위한 도면이다.
다중 주파수(예: 이중 주파수) 초음파 트랜스듀서 시스템은 복수의 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 셀을 포함하고, 트랜스듀서 셀 각각은 멤브레인 및 캐비티를 포함할 수 있다. 멤브레인의 직경, 멤브레인의 두께, 캐비티의 높이 등은 트랜스듀서 셀이 출력하는 초음파 신호의 출력 주파수(예: 중심 주파수) 및 트랜스듀서 셀의 풀인 전압에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 멤브레인의 직경이 커질수록 출력 주파수(예: 중심 주파수)가 낮아지고, 풀인 전압이 작아질 수 있다. 다른 예를 들어, 캐비티의 높이가 높아질수록 풀인 전압이 커질 수 있다. 따라서 트랜스듀서 셀에 포함된 멤브레인의 직경을 조절함으로써 트랜스듀서 셀의 출력 주파수(예: 중심 주파수)가 조절될 수 있고, 트랜스듀서 셀에 포함된 캐비티의 높이를 조절함으로써 트랜스듀서 셀의 풀인 전압이 조절될 수 있다.
다중 주파수(예: 이중 주파수) 초음파 트랜스듀서 시스템은 복수의 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 셀(110, 120)을 포함하고, 복수의 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 셀 각각은 상이한 주파수의 초음파 신호를 출력할 수 있다.
다중 주파수 정전용량형 초음파 트랜스듀서 시스템은 멤브레인의 직경에 차등을 줌으로써 다중 주파수를 구현할 수 있다. 멤브레인은 포토 공정을 통해 패터닝될 수 있고, 멤브레인의 직경에 차등을 주는 방식은 간단한 접근 방식일 수 있다. 예를 들어, 트랜스듀서 셀(110)의 멤브레인의 직경은 트랜스듀서 셀(120)의 멤브레인의 직경보다 클 수 있고, 이 경우 트랜스듀서 셀(110)이 출력하는 초음파 신호의 주파수는 트랜스듀서 셀(120)이 출력하는 초음파 신호의 주파수보다 작을 수 있다. 이 때 트랜스듀서 셀(110)의 캐비티의 높이와 트랜스듀서 셀(120)의 캐비티의 높이는 동일한데 트랜스듀서 셀(110)의 멤브레인의 직경과 트랜스듀서 셀(120)의 멤브레인의 직경은 상이하므로, 트랜스듀서 셀(110)의 풀인 전압 및 트랜스듀서 셀(120)의 풀인 전압은 상이할 수 있다. 각각의 트랜스듀서 셀(110, 120)에 인가되어야 할 구동 신호(예: 풀인 전압, DC 전압)가 상이하므로, 하나의 채널 내에 출력 주파수가 다른 셀(예: 110, 120)들을 함께 배치하는 것은 부적절할 수 있다. 따라서 종래의 다중 주파수 정전용량형 초음파 트랜스듀서 시스템은 단일 전압으로 다중 주파수를 구현할 수 없고, 별도의 회로를 추가하여 단일 전압으로 다중 주파수를 구현하거나 트랜스듀서 셀 마다 상이한 전압을 직접 인가할 수밖에 없다.
도 2a 내지 도 2c는 다양한 실시예에 따른 다중 주파수 초음파 트랜스듀서의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
다양한 실시예에 따르면, 다중 주파수 정전용량형 초음파 트랜스듀서 시스템(20)은 추가적인 회로 없이도 단일 전압을 통해 다중 주파수를 구현할 수 있다. 다중 주파수를 구현한 다중 주파수 정전용량형 초음파 트랜스듀서 시스템(20)은 하모닉 이미징 분야 및 다중 주파수 이미징 분야에 용이하게 적용될 수 있다.
다중 주파수 정전용량형 초음파 트랜스듀서 시스템(20)은 캐비티(예: 242)의 내부(예: 멤브레인(232)의 하부, 기판(210)의 상부)에 추가적으로 형성된 나노 포스트(예: 250)에 기초하여 추가적인 회로 없이도 단일 전압을 통해 구동될 수 있다. 캐비티(242)의 내부에 추가적으로 형성된 나노 포스트(250)는 캐비티(예: 242)의 높이를 실질적으로 감소시킬 수 있고, 실질적으로 감소된 캐비티(242)의 높이는 제2 트랜스듀서 셀(202)의 구동 전압을 낮출 수 있다. 이 때, 제2 트랜스듀서 셀(202)의 구동 전압은 제1 트랜스듀서 셀(201)의 구동 전압과 동일할 수 있다. 나노 포스트(250)는 웨이퍼 본딩 공정을 통해 최소한의 포토 마스크를 이용하여 간단하게 구현될 수 있다. 나노 포스트(250)는 제2 트랜스듀서 셀(202)의 멤브레인(232)의 하부에 멤브레인(232)과 평행하게 형성되어 멤브레인(232)의 하부의 일부분을 노출하도록 형성되거나 또는 기판(210)의 상부에 기판(210)과 평행하게 형성되어 기판(210)의 상부의 일부분을 노출하도록 형성됨으로써, 제2 트랜스듀서 셀(202)은 피스톤의 구조를 가질 수 있다.
다중 주파수 정전용량형 초음파 트랜스듀서 시스템(20)은 저주파 신호를 출력하는 제1 트랜스듀서 셀(201)과 고주파 신호를 출력하는 제2 트랜스듀서 셀(202)은 동일한 직류 전압으로 구동될 수 있으므로, 제1 트랜스듀서 셀(201)의 풀인 전압 및 제2 트랜스듀서 셀(202)의 풀인 전압(pull in voltage) 또한 동일할 수 있다. 제1 트랜스듀서 셀(201) 및 제2 트랜스듀서 셀(202)에 풀인 전압 이상의 전압이 동시에 인가된 경우, 제1 트랜스듀서 셀(201) 및 제2 트랜스듀서 셀(202)은 동시에 붕괴 모드(collapse mode)로 동작할 수 있다. 붕괴 모드는, 정전용량형 초음파 트랜스듀서에 임계 값 이상의 전압(예: 풀인 전압)이 인가되어 멤브레인이 아래 기판과 접촉한 상태로 트랜스듀서가 구동하는 것을 의미한다. 붕괴 모드로 동작하는 초음파 트랜스듀서는 붕괴 모드로 동작하지 않는 초음파 트랜스듀서보다 넓은 대역폭의 초음파 신호를 출력할 수 있고, 출력되는 초음파 신호의 압력 또한 크다.
다중 주파수 정전용량형 초음파 트랜스듀서 시스템(20)은 초음파 트랜스듀서(200) 및 구동 장치(300)를 포함할 수 있다. 초음파 트랜스듀서(200)는 제1 트랜스듀서 셀(201) 및 제2 트랜스듀서 셀(202)을 포함할 수 있다. 구동 장치(300)는 초음파 트랜스듀서(300)에 구동 신호(예: 구동 전압)를 인가할 수 있다.
제1 트랜스듀서 셀(201)은 제1 주파수의 초음파 신호를 출력할 수 있다. 제1 트랜스듀서 셀(201)은 기판(210), 제1 나노 포스트(220-1, 220-2), 멤브레인(231), 캐비티(cavity)(241), 및 전극(251)을 포함할 수 있다. 제1 나노 포스트(220-1, 220-2)는 기판(210) 위에 형성될 수 있다. 멤브레인(231)은 제1 나노 포스트(220-1, 220-2)를 덮을 수 있다. 캐비티(241)는 기판(210), 제1 나노 포스트(220-1, 220-2), 및 멤브레인(231)으로 둘러싸일 수 있다.
제2 트랜스듀서 셀(202)은 제2 주파수의 초음파 신호를 출력할 수 있다. 제2 트랜스듀서 셀(202)은 제1 트랜스듀서 셀(201)과 전기적으로 연결되어 제1 트랜스듀서 셀(201)과 동일한 전압으로 구동 가능하며, 제1 주파수보다 높은 제2 주파수의 초음파 신호를 출력할 수 있다. 제2 트랜스듀서 셀(201)은 기판(210), 제1 나노 포스트(220-2, 220-3), 멤브레인(232), 캐비티(242), 제2 나노 포스트(250), 및 전극(252)을 포함할 수 있다. 제1 나노 포스트(220-2, 220-3)는 기판(210) 위에 형성될 수 있다. 멤브레인(232)은 제1 나노 포스트(220-2, 220-3)를 덮을 수 있다. 캐비티(242)는 기판(210), 제1 나노 포스트(220-2, 220-3), 및 멤브레인(232)으로 둘러싸일 수 있다. 제2 나노 포스트(250)는 캐비티(242) 내부에 위치하며, 멤브레인(232)의 하부에 멤브레인(232)과 평행하게 형성되어 멤브레인(232)의 하부의 일부분을 노출시킬 수 있다. 제2 나노 포스트(250)는 캐비티(242) 내부에 위치하며, 기판(210)의 상부에 기판(210)과 평행하게 형성되어 기판(210)의 상부의 일부분을 노출시킬 수 있다. 제2 트랜스듀서 셀(202)은 피스톤의 구조를 가질 수 있다.
제1 트랜스듀서 셀(201)의 멤브레인(231)의 직경은 제2 트랜스듀서 셀(202)의 멤브레인(232)의 직경보다 더 클 수 있고, 제1 트랜스듀서 셀(201)은 제2 트랜스듀서 셀(202)보다 낮은 주파수의 초음파 신호를 출력할 수 있다.
제1 트랜스듀서 셀(201)의 제1 나노 포스트(220-1, 220-2)의 높이와 제2 트랜스듀서 셀(202)의 제1 나노 포스트(220-2, 220-3)의 높이는 동일하지만, 제2 트랜스듀서(202)는 제2 나노 포스트(250)를 통해 캐비티(242)의 높이를 실질적으로 감소시킬 수 있고, 실질적으로 감소된 캐비티(242)의 높이는 제2 트랜스듀서 셀(202)의 구동 전압을 낮출 수 있다. 이 때, 제2 트랜스듀서 셀(202)의 구동 전압은 제1 트랜스듀서 셀(201)의 구동 전압과 동일할 수 있다.
제1 트랜스듀서 셀(201)의 풀인 전압과 제2 트랜스듀서 셀(202)의 풀인 전압(pull in voltage) 또한 동일할 수 있고, 제1 트랜스듀서 셀(201) 및 제2 트랜스듀서 셀(202)에 풀인 전압 이상의 전압이 동시에 인가된 경우에 응답하여, 제1 트랜스듀서 셀(201) 및 제2 트랜스듀서 셀(202)은 동시에 붕괴 모드(collapse mode)로 동작할 수 있다.
도 3은 상이한 주파수의 초음파 신호를 출력하는 복수의 트랜스듀서 셀에 포함된 멤브레인의 변위를 각각 나타낸다.
도 3을 참조하면 다중 주파수 정전용량형 초음파 트랜스듀서 시스템(예: 도 2a의 다중 주파수 정전용량형 초음파 트랜스듀서 시스템(20))의 시뮬레이션 결과를 확인할 수 있다. 제1 트랜스듀서 셀(예: 도 2b의 제1 트랜스듀서 셀(201))과 제2 트랜스듀서 셀(예: 도 2b의 제2 트랜스듀서 셀(202))은 제2 나노 포스트(예: 도 2b의 제2 나노 포스트(250))의 유뮤 및 멤브레인의 직경에만 차이가 있고, 나머지 조건들을 같을 수 있다.
그래프(301)는 6.6 MHz의 초음파 신호를 출력하고 캐비티(예: 도 2b의 캐비티(242))의 실질적인 높이가 80nm(캐비티(242)의 실제 높이 150nm - 제2 나노 포스트(250)의 높이 70nm)인 제2 트랜스듀서 셀(202)의 셀의 풀인 전압이 70V임을 나타낸다. 그래프(302)는 4.3 MHz의 초음파 신호를 출력하고 캐비티(241)의 높이가 150nm인 제1 트랜스듀서 셀(201)의 셀의 풀인 전압이 68.875V임을 나타낸다.
제1 트랜스듀서 셀(201)에 포함된 멤브레인(231)의 변위 값과 제2 트랜스듀서 셀(202)에 포함된 멤브레인(232)의 변위 값은 상이하지만, 제1 트랜스듀서 셀(201)의 풀인 전압과 제2 트랜스듀서 셀(202)의 풀인 전압은 동일(또는 거의 유사)할 수 있다.
도 4는 멤브레인의 직경 및 캐비티의 실질적인 높이에 따른 초음파 신호의 출력 주파수를 나타낸다.
도 4를 참조하면, 멤브레인(예: 도 2b의 멤브레인(232))의 두께를 1um, 제1 나노 포스트(예: 도 2b의 제1 나노 포스트(220))의 높이를 150nm로 고정하고, 멤브레인(232)의 직경 및 캐비티(예: 도 2b의 캐비티(242))의 실질적인 높이에 차등을 둠으로써 조절되는 출력 주파수의 예시들을 확인할 수 있다.
예를 들어, 캐비티(242)의 실질적인 높이를 150nm, 멤브레인(232)의 직경을 20um로 설정한 경우 출력 주파수(예: 중심 주파수)는 4.3MHz일 수 있다. 다른 예를 들어, 캐비티(242)의 실질적인 높이를 80nm, 멤브레인(232)의 직경을 17um로 설정한 경우 출력 주파수(예: 중심 주파수)는 6.6MHz일 수 있다. 마찬가지로, 멤브레인(232)의 두께 및 제1 나노 포스트(220)의 높이를 고정한 뒤 멤브레인(232)의 직경 및 캐비티(242)의 실질적인 높이에 차등을 둠으로써 9.5MHz, 14MHz의 주파수를 구현할 수 있다. 이 때, 상이한 멤브레인의 직경을 가짐으로써 상이한 주파수를 출력하는 각각의 트랜스듀서 셀은 상이한 캐비티의 높이를 가짐으로써 모두 70V의 풀인 전압으로 구동될 수 있다. 전술한 멤브레인의 두께, 멤브레인의 직경, 나노 포스트의 높이, 캐비티의 높이, 출력 주파수는 하나의 예시로써, 전술한 값들에 한정되지 않는다.
다양한 실시예에 따르면, 다중 주파수 정전용량형 초음파 트랜스듀서 시스템(20)은 제2 나노 포스트(예: 도 2b의 제2 나노 포스트(250))를 통해 캐비티(242)의 실질적인 높이를 조절할 수 있고, 추가적인 회로 없이도 단일 전압을 통해 다중 주파수를 구현할 수 있다.
도 5a 내지 도 6d는 다양한 실시예에 따른 다중 주파수 초음파 트랜스듀서의 제조 방법을 나타낸다.
도 5a 내지 도 5e를 참조하면, 도 2b에 도시된 초음파 트랜스듀서를 제조할 수 있다.
동작 505에서, 산화막(602)은 제1 웨이퍼(예: 실리콘 웨이퍼)(610)를 습식 산화시킴으로써 생성될 수 있다. 산화막(602)은 이산화규소로 이루어져 있을 수 있고, 제1 웨이퍼는 도핑 농도가 높은 프라임 Si 웨이퍼일 수 있다.
동작 510에서, 패터닝된 포토레지스트 층(603)은 산화막(602-1) 위에 형성된 포토레지스트 층을 패터닝함으로써 생성될 수 있다. 포토레지스트 층은 스핀 코터(spin coater)를 통해 형성될 수 있다.
동작 515에서, 제1 나노 포스트(620)는 플라즈마로 표면 처리하여 친수성의 성질을 띠는 산화막(602-1)을 패터닝된 포토레지스트 층(603)에 기초하여 습식 식각함으로써 형성될 수 있다. 제1 나노 포스트(620) 사이에 위치한 영역(641, 642)은 추후에 캐비티가 될 수 있다.
동작 520에서, 제1 산화막(604-1) 및 제2 산화막(604-2)을 포함하는 산화막(604)은 제2 웨이퍼(예: SOI(Silicon-on-insulator) 웨이퍼)(611)를 습식 산화시킴으로써 생성될 수 있다. 제2 웨이퍼(611)는 8인치 웨이퍼를 4인치로 다이싱한 뒤, SC1 클리닝 및 SC2 클리닝을 통해 유기 잔여물과 금속 잔여물이 제거된 것일 수 있다.
동작525에서, 패터닝된 제1 포토레지스트 층(605)은 제1 산화막(604-1) 위에 형성된 제1 포토레지스트 층을 패터닝함으로써 생성될 수 있다. 제1 포토레지스트 층은 스핀 코터(spin coater)를 통해 형성될 수 있다.
동작 530에서, 제2 나노 포스트(650)는 플라즈마로 표면 처리하여 친수성의 성질을 띠는 제1 산화막(604-1)을 패터닝된 제1 포토레지스트 층(605)에 기초하여 습식 식각함으로써 형성될 수 있다. 이 때. 제2 산화막(604-2)은 캐리어에 의해 보호될 수 있다.
동작 535에서, 패터닝된 제2 포토레지스트 층(606)은 제2 산화막(604-2) 위에 형성된 제2 포토레지스트 층을 패터닝함으로써 생성될 수 있다. 이 때, 제2 나노 포스트(650)는 포토레지스트 층(607)을 통해 보호될 수 있다.
동작 540에서, 얼라인 마크(align mark)(608)는 패터닝된 제2 포토레지스트 층(606)에 기초하여 제2 산화막(604-2)을 습식 식각함으로써 형성될 수 있다.
동작 545에서, 포토레지스트 층(607)은 제거될 수 있다.
동작 550에서, 캐비티(641, 642)는 패터닝된 제1 웨이퍼의 얼라인 마크(미도시) 및 패터닝된 제2 웨이퍼의 얼라인 마크(608)에 기초하여 패터닝된 제1 웨이퍼와 패터닝된 제2 웨이퍼를 본딩함으로써 형성될 수 있다. 본딩을 수행하기 전에 주사 탐침 현미경을 통해 오염물 체크가 선행될 수 있다. 본딩을 수행할 때 정확히 얼라인(allign)하는 것은 어려우므로, 본딩 마진은 넉넉하게(예: 4um) 설정될 필요가 있다.
동작 555에서, 멤브레인 층(630)은 패터닝된 제2 웨이퍼를 식각함으로써 형성될 수 있다. 이 때, 패터닝된 제2 웨이퍼는 화학적 연마, 기계적 연마, 5% TMAH(Tetramethylammonium hydroxide, 수산화테트라메틸암모늄) 용액, BOE(Buffered Oxide Etchant, 완충 산화물 식각) 용액에 기초하여 식각될 수 있다.
동작 560에서, 멤브레인(631, 632)은 멤브레인 층(630)을 반응성 이온으로 식각함으로써 형성될 수 있고, 영역(609)은 제1 나노 포스트(620-3)를 반응성 이온으로 식각함으로써 형성될 수 있다.
동작 565에서, 전극(651, 652)은 멤브레인(631, 632)의 상부에 위치하고, 그라운드 전극(653)은 영역(609)에 위치하도록 배치될 수 있다. 전극(651, 652, 653)은 금으로 구성될 수 있다.
동작 570에서, 다이싱 공정을 통해 디바이스가 분리됨으로써 영역(659)가 형성될 수 있다.
도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 도 2c에 도시된 초음파 트랜스듀서를 제조할 수 있다.
동작 705에서, 산화막(804)은 제1 웨이퍼(예: 실리콘 웨이퍼)(810)를 습식 산화시킴으로써 생성될 수 있다. 산화막(804)은 이산화규소로 이루어져 있을 수 있고, 제1 웨이퍼는 도핑 농도가 높은 프라임 Si 웨이퍼일 수 있다.
동작 710에서, 패터닝된 포토레지스트 층(805)은 산화막(804) 위에 형성된 포토레지스트 층을 패터닝함으로써 생성될 수 있다. 포토레지스트 층은 스핀 코터(spin coater)를 통해 형성될 수 있다. 포토레지스트 층의 패터닝은 동작525의 패터닝에 이용되는 포토 마스크와 동일한 포토 마스크를 통해 수행될 수 있다.
동작 715에서, 제2 나노 포스트(850)는 플라즈마로 표면 처리하여 친수성의 성질을 띠는 산화막(804)을 패터닝된 포토레지스트 층(805)에 기초하여 습식 식각함으로써 형성될 수 있다.
동작 720에서, 산화막(802)은 제2 웨이퍼(예: SOI(Silicon-on-insulator) 웨이퍼)(811)를 습식 산화시킴으로써 생성될 수 있다. 제2 웨이퍼(811)는 8인치 웨이퍼를 4인치로 다이싱한 뒤, SC1 클리닝 및 SC2 클리닝을 통해 유기 잔여물과 금속 잔여물이 제거된 것일 수 있다.
동작 725에서, 패터닝된 포토레지스트 층(803)은 산화막(802) 위에 형성된 포토레지스트 층을 패터닝함으로써 생성될 수 있다. 포토레지스트 층은 스핀 코터(spin coater)를 통해 형성될 수 있다. 포토레지스트 층의 패터닝은 동작510의 패터닝에 이용되는 포토 마스크와 동일한 포토 마스크를 통해 수행될 수 있다.
동작 730에서, 제1 나노 포스트(820)는 플라즈마로 표면 처리하여 친수성의 성질을 띠는 산화막(802)을 패터닝된 포토레지스트 층(803)에 기초하여 습식 식각함으로써 형성될 수 있다. 제1 나노 포스트(820) 사이에 위치한 영역(841, 842)은 추후에 캐비티가 될 수 있다.
동작 735에서, 캐비티(841, 842)는 패터닝된 제1 웨이퍼의 얼라인 마크(미도시) 및 패터닝된 제2 웨이퍼의 얼라인 마크(미도시)에 기초하여 패터닝된 제1 웨이퍼와 패터닝된 제2 웨이퍼를 본딩함으로써 형성될 수 있다. 본딩을 수행하기 전에 동작 535 내지 동작 545를 참고하여 얼라인 마크가 형성될 수 있다. 본딩을 수행할 때 정확히 얼라인(allign)하는 것은 어려우므로, 본딩 마진은 넉넉하게(예: 4um) 설정될 필요가 있다.
동작 740에서, 멤브레인 층(830)은 패터닝된 제2 웨이퍼를 식각함으로써 형성될 수 있다. 이 때, 패터닝된 제2 웨이퍼는 화학적 연마, 기계적 연마, 5% TMAH(Tetramethylammonium hydroxide, 수산화테트라메틸암모늄) 용액, BOE(Buffered Oxide Etchant, 완충 산화물 식각) 용액에 기초하여 식각될 수 있다.
동작 745에서, 멤브레인(831, 832)은 멤브레인 층(830)을 반응성 이온으로 식각함으로써 형성될 수 있고, 영역(809)은 제1 나노 포스트(820-3)를 반응성 이온으로 식각함으로써 형성될 수 있다.
동작 750에서, 전극(851, 852)은 멤브레인(831, 832)의 상부에 위치하고, 그라운드 전극(853)은 영역(809)에 위치하도록 배치될 수 있다. 전극(851, 852, 853)은 금으로 구성될 수 있다.
동작 755에서, 다이싱 공정을 통해 디바이스가 분리됨으로써 영역(859)가 형성될 수 있다.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
Claims (17)
- 제1 주파수의 초음파 신호를 출력하는 제1 트랜스듀서 셀(transducer cell); 및
상기 제1 트랜스듀서 셀과 전기적으로 연결되어 상기 제1 트랜스듀서 셀과 동일한 전압으로 구동 가능하며, 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수의 초음파 신호를 출력하는 제2 트랜스듀서 셀
을 포함하고,
상기 제2 트랜스듀서 셀은,
기판;
상기 기판 위에 형성된 제1 나노 포스트;
상기 제1 나노 포스트를 덮는 멤브레인;
상기 기판, 상기 제1 나노 포스트, 및 상기 멤브레인으로 둘러싸인 캐비티; 및
상기 캐비티 내부에 위치하며, 상기 멤브레인의 하부에 상기 멤브레인과 평행하게 형성되어 상기 멤브레인의 하부의 일부분을 노출시키거나 또는 상기 기판의 상부에 상기 기판과 평행하게 형성되어 상기 기판의 상부의 일부분을 노출시키는 제2 나노 포스트
를 포함하고,
상기 제2 트랜스듀서 셀은,
상기 멤브레인의 두께가 1um, 상기 멤브레인의 직경이 17um, 상기 제1 나노 포스트의 높이가 150nm, 상기 제2 나노 포스트의 높이가 70nm인 경우, 70V의 풀인 전압을 통해 6.6MHz의 주파수를 출력하고,상기 제1 트랜스듀서 셀의 멤브레인의 직경은 상기 제2 트랜스듀서 셀의 멤브레인의 직경보다 더 큰 것이고,
상기 제1 트랜스듀서 셀은,
기판;
상기 기판 위에 형성된 제1 나노 포스트;
상기 제1 나노 포스트를 덮는 멤브레인; 및
상기 기판, 상기 제1 나노 포스트, 및 상기 멤브레인으로 둘러싸인 캐비티(cavity)
를 포함하고,
상기 제1 트랜스듀서 셀은,
제1 나노 포스트의 높이가 150nm인 경우, 68.875V의 풀인 전압을 통해 4.3MHz의 주파수를 출력하는,
초음파 트랜스듀서.
- 제1항에 있어서,
상기 제2 나노 포스트는,
상기 제2 트랜스듀서 셀의 캐비티 내부에 위치하여 상기 캐비티의 높이를 감소시키는 것인,
초음파 트랜스듀서.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서 셀의 제1 나노 포스트의 높이와 상기 제2 트랜스듀서 셀의 제1 나노 포스트의 높이는 동일한 것인,
초음파 트랜스듀서.
- 제1항에 있어서,
상기 제1 트랜스듀서 셀의 풀인 전압 및 상기 제2 트랜스듀서 셀의 풀인 전압(pull in voltage)은 동일하고,
상기 제1 트랜스듀서 셀 및 상기 제2 트랜스듀서 셀에 상기 풀인 전압 이상의 전압이 동시에 인가된 경우에 응답하여, 상기 제1 트랜스듀서 셀 및 상기 제2 트랜스듀서 셀은 동시에 붕괴 모드(collapse mode)로 동작하는,
초음파 트랜스듀서.
- 제1 웨이퍼를 패터닝하여, 제1 트랜스듀서 셀 및 제2 트랜스듀서 셀을 구성하는 제1 나노 포스트를 형성하는 동작;
제2 웨이퍼를 패터닝하여 상기 제2 트랜스듀서 셀의 캐비티 내부에 위치하는 제2 나노 포스트를 형성하는 동작; 및
패터닝된 제1 웨이퍼와 패터닝된 제2 웨이퍼를 본딩하여, 제1 주파수의 초음파 신호를 출력하는 상기 제1 트랜스듀서 셀 및 상기 제1 트랜스듀서 셀과 전기적으로 연결되어 상기 제1 트랜스듀서 셀과 동일한 전압으로 구동 가능하며 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수의 초음파 신호를 출력하는 상기 제2 트랜스듀서 셀을 형성하는 동작
을 포함하고,
상기 제2 트랜스듀서 셀을 형성하는 동작은,
상기 패터닝된 제1 웨이퍼의 얼라인 마크 및 상기 패터닝된 제2 웨이퍼의 얼라인 마크에 기초하여 상기 패터닝된 제1 웨이퍼와 상기 패터닝된 제2 웨이퍼를 본딩하는 동작을 포함하고,
상기 제2 트랜스듀서 셀은,
상기 제2 트랜스듀서 셀의 캐비티 내부에 위치하여 상기 캐비티의 높이를 감소시키는 제2 나노 포스트를 포함하고,
상기 제1 트랜스듀서 셀의 멤브레인의 직경은 상기 제2 트랜스듀서 셀의 멤브레인의 직경보다 더 큰 것이고,
상기 제1 나노 포스트를 형성하는 동작은,
상기 제1 웨이퍼를 습식 산화시킴으로써 산화막을 생성하는 동작;
상기 산화막 위에 포토레지스트 층을 형성하는 동작;
상기 포토레지스트 층을 패터닝하는 동작; 및
패터닝된 포토레지스트 층에 기초하여 상기 산화막을 식각함으로써 제1 나노 포스트를 형성하는 동작
을 포함하고,
상기 제2 나노 포스트를 형성하는 동작은,
상기 제2 웨이퍼를 습식 산화시킴으로써 제1 산화막 및 제2 산화막을 포함하는 산화막을 형성하는 동작;
상기 제1 산화막 위에 제1 포토레지스트 층을 형성하는 동작;
상기 제1 포토레지스트 층을 패터닝하는 동작;
패터닝된 제1 포토레지스트 층에 기초하여 상기 제1 산화막을 식각하는 동작;
상기 제2 산화막 위에 제2 포토레지스트 층을 형성하는 동작;
상기 제2 포토레지스트 층을 패터닝하는 동작; 및
패터닝된 제2 포토레지스트 층에 기초하여 상기 제2 산화막을 식각함으로써 얼라인 마크(align mark)를 형성하는 동작
을 포함하고,
상기 제2 트랜스듀서 셀을 형성하는 동작은,
상기 패터닝된 제2 웨이퍼를 식각하여 멤브레인을 형성하는 동작; 및
상기 멤브레인 위에 전극을 배치하는 동작
을 포함하는,
초음파 트랜스듀서 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1 웨이퍼를 패터닝하여 제2 트랜스듀서 셀의 캐비티 내부에 위치하는 제2 나노 포스트를 형성하는 동작;
제2 웨이퍼를 패터닝하여, 제1 트랜스듀서 셀 및 상기 제2 트랜스듀서 셀을 구성하는 제1 나노 포스트를 형성하는 동작; 및
패터닝된 제1 웨이퍼와 패터닝된 제2 웨이퍼를 본딩하여, 제1 주파수의 초음파 신호를 출력하는 상기 제1 트랜스듀서 셀 및 상기 제1 트랜스듀서 셀과 전기적으로 연결되어 상기 제1 트랜스듀서 셀과 동일한 전압으로 구동 가능하며 상기 제1 주파수보다 높은 제2 주파수의 초음파 신호를 출력하는 상기 제2 트랜스듀서 셀을 형성하는 동작
을 포함하고,
상기 제2 트랜스듀서 셀을 형성하는 동작은,
상기 패터닝된 제1 웨이퍼의 얼라인 마크 및 상기 패터닝된 제2 웨이퍼의 얼라인 마크에 기초하여 상기 패터닝된 제1 웨이퍼와 상기 패터닝된 제2 웨이퍼를 본딩하는 동작을 포함하고,
상기 제2 트랜스듀서 셀은,
상기 제2 트랜스듀서 셀의 캐비티 내부에 위치하여 상기 캐비티의 높이를 감소시키는 제2 나노 포스트를 포함하고,
상기 제1 트랜스듀서 셀의 멤브레인의 직경은 상기 제2 트랜스듀서 셀의 멤브레인의 직경보다 더 큰 것이고,
상기 제2 나노 포스트를 형성하는 동작은,
상기 제1 웨이퍼를 습식 산화시킴으로써 산화막을 생성하는 동작;
상기 산화막 위에 포토레지스트 층을 형성하는 동작;
상기 포토레지스트 층을 패터닝하는 동작; 및
패터닝된 포토레지스트 층에 기초하여 상기 산화막을 식각함으로써 상기 제2 나노 포스트를 형성하는 동작
을 포함하고,
상기 제1 나노 포스트를 형성하는 동작은,
상기 제2 웨이퍼를 습식 산화시킴으로써 제1 산화막 및 제2 산화막을 포함하는 산화막을 형성하는 동작;
상기 제1 산화막 위에 제1 포토레지스트 층을 형성하는 동작;
상기 제1 포토레지스트 층을 패터닝하는 동작;
패터닝된 제1 포토레지스트 층에 기초하여 상기 제1 산화막을 식각하는 동작;
상기 제2 산화막 위에 제2 포토레지스트 층을 형성하는 동작;
상기 제2 포토레지스트 층을 패터닝하는 동작; 및
패터닝된 제2 포토레지스트 층에 기초하여 상기 제2 산화막을 식각함으로써 얼라인 마크(align mark)를 형성하는 동작
을 포함하고,
상기 제2 트랜스듀서 셀을 형성하는 동작은,
상기 패터닝된 제2 웨이퍼를 식각하여 멤브레인을 형성하는 동작; 및
상기 멤브레인 위에 전극을 배치하는 동작
을 포함하는,
초음파 트랜스듀서 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220033451A KR102608498B1 (ko) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | 다중 주파수 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 및 이의 제조 방법 |
| PCT/KR2022/021729 WO2023177057A1 (ko) | 2022-03-17 | 2022-12-30 | 다중 주파수 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 및 이의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220033451A KR102608498B1 (ko) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | 다중 주파수 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 및 이의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230135896A KR20230135896A (ko) | 2023-09-26 |
| KR102608498B1 true KR102608498B1 (ko) | 2023-12-04 |
Family
ID=88023588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220033451A KR102608498B1 (ko) | 2022-03-17 | 2022-03-17 | 다중 주파수 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 및 이의 제조 방법 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102608498B1 (ko) |
| WO (1) | WO2023177057A1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101954102B1 (ko) * | 2012-07-06 | 2019-03-05 | 캐논 가부시끼가이샤 | 정전용량형 트랜스듀서, 정전용량형 트랜스듀서 제조 방법 및 피검체 정보취득장치 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101285934B1 (ko) * | 2011-05-20 | 2013-07-12 | 주식회사 케이씨텍 | 웨이퍼 및 그의 제조 방법 |
| US8767512B2 (en) * | 2012-05-01 | 2014-07-01 | Fujifilm Dimatix, Inc. | Multi-frequency ultra wide bandwidth transducer |
| KR20160091017A (ko) * | 2015-01-23 | 2016-08-02 | 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 | 초음파 트랜스듀서 및 그 제조방법 |
| KR102253210B1 (ko) * | 2020-08-06 | 2021-05-18 | 한국과학기술원 | 전하 포획층을 가지는 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 및 이의 제조 방법 |
-
2022
- 2022-03-17 KR KR1020220033451A patent/KR102608498B1/ko active IP Right Grant
- 2022-12-30 WO PCT/KR2022/021729 patent/WO2023177057A1/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101954102B1 (ko) * | 2012-07-06 | 2019-03-05 | 캐논 가부시끼가이샤 | 정전용량형 트랜스듀서, 정전용량형 트랜스듀서 제조 방법 및 피검체 정보취득장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023177057A1 (ko) | 2023-09-21 |
| KR20230135896A (ko) | 2023-09-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7545012B2 (en) | Capacitive micromachined ultrasound transducer fabricated with epitaxial silicon membrane | |
| US20180178251A1 (en) | Piezoelectric micro-machined ultrasonic transducer (pmut) and method for manufacturing the pmut | |
| JP4791534B2 (ja) | 超小型電気機械デバイスの製造方法 | |
| US6958255B2 (en) | Micromachined ultrasonic transducers and method of fabrication | |
| US7770279B2 (en) | Electrostatic membranes for sensors, ultrasonic transducers incorporating such membranes, and manufacturing methods therefor | |
| US20060004289A1 (en) | High sensitivity capacitive micromachined ultrasound transducer | |
| JP4624763B2 (ja) | 静電容量型超音波振動子、及びその製造方法 | |
| JP2009182838A (ja) | 弾性波トランスデューサ、弾性波トランスデューサアレイ、超音波探触子、超音波撮像装置 | |
| JP2009291514A (ja) | 静電容量型トランスデューサの製造方法、及び静電容量型トランスデューサ | |
| CN103130178A (zh) | 电容式微加工超声换能器制造方法及被检体信息获取装置 | |
| US20220152651A1 (en) | Pulse train excitation for capacitive micromachined ultrasonic transducer | |
| JP2011025055A (ja) | 静電容量型超音波振動子 | |
| CN110149582A (zh) | 一种mems结构的制备方法 | |
| CN110113700A (zh) | 一种mems结构 | |
| US20140117809A1 (en) | CMUT Array | |
| KR102608498B1 (ko) | 다중 주파수 정전용량형 미세가공 초음파 트랜스듀서 및 이의 제조 방법 | |
| KR100565202B1 (ko) | 압전 구동형 초음파 미세기전 시스템 스피커 및 그 제조방법 | |
| CN115106275A (zh) | 一种基于支撑柱的微机械超声换能器 | |
| Adelegan et al. | Design and fabrication of high-frequency ultra-wideband 1D CMUT arrays for acoustic angiography applications-preliminary results | |
| JP2008252854A (ja) | 静電型トランスデューサおよびその製造方法 | |
| CN110570836B (zh) | 超声换能器及其制备方法 | |
| Christiansen et al. | 2-D row-column CMUT arrays with an open-grid support structure | |
| Wygant et al. | 6F-4 50-kHz capacitive micromachined ultrasonic transducers for generating highly directional sound with parametric arrays | |
| CN114007175B (zh) | 超声换能器阵列及其形成方法 | |
| Fain et al. | Characterization of piezoelectric micromachined ultrasonic transducers for biomedical applications |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |