KR102661062B1 - 특히 타임피스용, 가요성 블레이드들을 가진 일체형 규소 디바이스를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 특히 타임피스들용, 가요성 블레이드들 (2, 3) 을 가진 일체형 규소 디바이스, 예를 들어 교차형 블레이드들을 가진 피봇 및 상기 디바이스 (1) 를 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기 방법은 이하의 단계들을 포함한다:
- SOI 유형의 웨이퍼로부터 일체형 규소 디바이스 (1) 블랭크를 형성하는 단계 (21) 로서, 상기 디바이스 (1) 는 상기 SOI 유형의 웨이퍼의 다른 층에 각각 형성된 2 개의 가요성 블레이드들 (2, 3) 을 포함하고, 상기 블레이드들 (2, 3) 은 2 개의 상이한 실질적으로 평행한 평면들에 배열되며, 상기 블레이드들 (2, 3) 은 간극 (7) 에 의해 분리되는, 상기 일체형 규소 디바이스 (1) 블랭크를 형성하는 단계 (21),
- 상기 간극에 접하는 블레이드들 (2, 3) 중 적어도 하나의 블레이드의 표면상에 제 1 산화규소 층을 성장시키는 단계로서, 상기 제 1 산화규소 층은 상기 하나 이상의 블레이드들 (2, 3) 의 규소의 제 1 하위층으로부터 형성되는, 상기 제 1 산화규소 층을 성장시키는 단계,
- 2 개의 블레이드들 (2, 3) 사이의 간극 (7) 을 증가시키기 위해 제 1 산화규소 층을 제거하는 단계.
상기 방법은 이하의 단계들을 포함한다:
- SOI 유형의 웨이퍼로부터 일체형 규소 디바이스 (1) 블랭크를 형성하는 단계 (21) 로서, 상기 디바이스 (1) 는 상기 SOI 유형의 웨이퍼의 다른 층에 각각 형성된 2 개의 가요성 블레이드들 (2, 3) 을 포함하고, 상기 블레이드들 (2, 3) 은 2 개의 상이한 실질적으로 평행한 평면들에 배열되며, 상기 블레이드들 (2, 3) 은 간극 (7) 에 의해 분리되는, 상기 일체형 규소 디바이스 (1) 블랭크를 형성하는 단계 (21),
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Description
본 발명은, 특히 타임피스들용, 가요성 블레이드들을 가진 일체형 규소 디바이스, 예를 들어 미리 결정된 진동수를 갖는 공진기 (resonator) 를 형성하기 위해 공지된 관성 밸런스와 협력하는 보상기로서 사용되는 교차형 블레이드들을 가진 피봇을 제조하는 방법에 관한 것이다.
가요성 블레이드들을 기반으로 하는 발진기들은 꽤 자주 규소로 제조되어, 미세기계가공 (DRIE) 과 관련하여 이러한 재료의 성능 수준에서 이점을 얻는다. 이러한 발진기들의 한 가지 특정 범주는, 소위 "교차형 블레이드들" 을 가진 피봇들의 범주이고, 이를 위한 2 개의 블레이드들은 2 개의 실질적으로 평행한 평면들 중 2 개의 개별 층들에 형성되고 서로 교차한다. 이러한 피봇들은 요소, 예를 들어 진동 메커니즘의 밸런스 또는 이스케이프먼트 메커니즘의 팔레트 레버가 회전가능하게 진동하도록 한다.
이러한 피봇들은 다양한 방식으로 제조될 수 있다. 제 1 방법은 2 개의 블레이드들을 개별적으로 제조하고 블레이드들 사이에 간극을 남겨두고 함께 이들을 조립하는 것이다. 이러한 방법은 블레이드들이 서로 부딪히는 것을 방지하기 위해 블레이드들 사이에 충분한 간극을 선택하도록 한다. 하지만, 서로에 대한 블레이드들의 배열이 항상 정확하지는 않고, 이는 시간측정 (chronometry) 과 관련하여 피봇의 성능 수준을 저하시킨다.
제 2 방법은 SOI 유형 규소 웨이퍼의 2 개의 층들을 기계가공함으로써 일체형 피봇을 제조하는 것이다. 이러한 방법은 블레이드들을 서로에 대해 배열하는데 매우 효과적이지만, 피봇이 작동 중일 때, 블레이드들이 서로 부딪치는 것을 방지하기 위해 블레이드들 사이에 충분히 넓은 안전 간극을 허용하지 않는다. 보다 구체적으로, 간극은 SOI 웨이퍼의 2 개의 층들을 결합하는 산화물의 두께에 따라 달라지며, 이 두께는 필요한 안전 간극보다 훨씬 작다.
본 발명의 목적은, 특히 블레이드들의 폭과 관련하여, 블레이드들의 평면들 사이의 안전 간극이 충분한 가요성 블레이드들을 가진 일체형 규소 디바이스를 제조하는 방법을 제안함으로써, 전술한 단점의 전부 또는 일부를 극복하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 특히 타임피스들용, 가요성 블레이드들을 가진 일체형 규소 디바이스, 예를 들어 교차형 블레이드들을 가진 피봇을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이하의 단계들을 포함한다:
- SOI 유형의 웨이퍼에서 일체형 규소 디바이스 블랭크를 형성하는 단계로서, 상기 디바이스는 SOI 웨이퍼의 다른 층에 각각 형성된 2 개의 가요성 블레이드들을 포함하고, 블레이드들은 2 개의 상이한 실질적으로 평행한 평면들에 배열되며, 블레이드들은 간극에 의해 분리되는, 상기 일체형 규소 디바이스 블랭크를 형성하는 단계,
- 상기 간극에 접하는 블레이드들 중 적어도 하나의 표면상에 제 1 산화규소 층을 성장시키는 단계로서, 상기 제 1 산화규소 층은 상기 하나 이상의 블레이드들의 규소의 제 1 하위층으로부터 형성되는, 상기 제 1 산화규소 층을 성장시키는 단계,
- 2 개의 블레이드들 사이의 간극을 증가시키기 위해 제 1 산화규소 층을 제거하는 단계.
따라서, 디바이스가 작동하는 동안 블레이드들이 충돌하는 것을 방지하기 위해 블레이드들 사이에 충분한 안전 간극을 가진, 가요성 브레이드들을 가진 디바이스, 예를 들어 교차형 블레이드들을 가진 피봇이 얻어진다. 보다 구체적으로, 산화규소 층이 규소상에서 성장할 때, 규소의 하위층이 자체적으로 산화되어, 산화규소 층이 에칭에 의해 제거될 때, 규소의 하위층이 초기 규소 질량에서 제거된다. 따라서, 최종 규소 부피는 초기 규소 부피에 비하여 감소된다.
따라서, 이러한 효과를 통해, 산화규소를 성장시킨 다음 산화규소 층을 제거하는 작업을 반복함으로써, 블레이드들 사이의 간극이 증가될 수 있다. 산화규소 층이 제거될 때마다, 간극이 증가한다.
본 발명의 특정 일 실시형태에 따라서, 방법은 이하의 단계를 포함한다:
- 상기 간극에 접하는 블레이드들 중 적어도 하나의 표면상에 제 2 산화규소 층을 성장시키는 단계로서, 상기 제 2 산화규소 층은 상기 하나 이상의 블레이드들의 규소의 제 2 하위층으로부터 형성되는, 상기 제 2 산화규소 층을 성장시키는 단계,
- 2 개의 블레이드들 사이의 간극을 추가로 증가시키기 위해 제 2 산화규소 층을 제거하는 단계.
본 발명의 특정 일 실시형태에 따라서, 산화규소 층들을 성장시키는 단계 및 층을 제거하는 단계의 연속 단계들은, 원하는 폭에 도달하기 위해 2 개의 블레이드들 사이의 간극을 증가시키기 위해 여러 번 반복된다.
본 발명의 특정 일 실시형태에 따라서, 디바이스 블랭크는 결합부에 의해 교차 지점에서 결합된 교차형 블레이드들을 포함하고, 결합부는 적어도 부분적으로 산화규소로 만들어지며, 상기 방법은 블레이드들 사이에 상기 간극을 형성함으로써 블레이드들을 분리시키도록, 블레이드들 사이의 결합부로부터 산화규소를 제거하는 단계를 포함한다.
본 발명의 특정 일 실시형태에 따라서, 각각의 산화규소 층은 증기상에서 불화 수소를 사용하여 에칭함으로써 제거된다.
본 발명의 특정 일 실시형태에 따라서, 산화규소는 규소의 습식 또는 건식 열적 산화에 의해 성장된다.
본 발명의 특정 일 실시형태에 따라서, 디바이스 블랭크는 예를 들어 화학적 에칭에 의해 딥 반응성 이온 에칭 (DRIE; deep reactive ion etching) 에 의해 생성된다.
본 발명의 특정 일 실시형태에 따라서, 산화규소 층의 각각의 성장 및 제거는 적어도 0.10 ㎛ 두께, 바람직하게는 적어도 0.40 ㎛ 두께인 규소의 하위층이 블레이드로부터 제거될 수 있게 한다.
본 발명의 특정 일 실시형태에 따라서, 상기 방법은, 온도의 함수로서 디바이스의 강성을 열적으로 조정하기 위해, 특히 밸런스 피봇 조립체에 의해 형성된 발진기를 온도 보상하기 위해, 그리고/또는 디바이스를 강화하기 위해, 디바이스상에 추가 산화물 층을 성장시키는 추가 단계를 포함한다.
본 발명의 특정 일 실시형태에 따라서, 이 방법은 정전기 전하 축적 또는 수분 흡수와 관련된 문제를 방지하기 위해 도전층을 디포짓하는 추가 단계를 포함한다.
본 발명의 특정 일 실시형태에 따라서, 방법은 원하는 최종 강성을 갖는 피봇을 얻기 위해 디바이스의 초기 강성을 결정하고 그 치수를 계산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 특정 일 실시형태에 따라서, 디바이스 블랭크를 형성하는 단계는 이하의 하위 단계들을 포함한다:
- 제 1 규소층, 산화규소 결합층 및 제 2 규소층을 연속적으로 포함하는 SOI 웨이퍼를 조달하는 단계;
- 웨이퍼의 표면상에 산화규소 층을 성장시키는 단계;
- 미리 형성된 마스크를 통해 웨이퍼의 제 1 측면상의 산화규소 층을 에칭하는 단계;
- 가요성 블레이드들을 가진 일체형 규소 디바이스의 적어도 제 1 블레이드를 형성하기 위해 딥 반응성 이온 에칭 공정을 수행하는 단계;
- 바람직하게는 웨이퍼의 제 1 측면에 형성된 패턴들과 정렬된, 미리 형성된 제 2 마스크를 통해 웨이퍼의 제 2 측면상의 산화규소 층을 에칭하는 단계;
- 가요성 블레이드들을 가진 일체형 규소 디바이스의 적어도 제 2 블레이드를 형성하기 위해 딥 반응성 이온 에칭 공정을 수행하는 단계.
본 발명의 특정 일 실시형태에 따라서, 방법의 단계들 이후에 블레이드들 사이에서 얻어지는 최소 간극의 폭은 10 ㎛ 초과, 바람직하게는 15 ㎛ 초과이다.
본 발명은, 또한 특히 타임피스들용 규소로 만들어진 가요성 블레이드들을 가진 디바이스, 예를 들어 2 개의 교차형 블레이드들을 포함하는 피봇에 관한 것으로서, 이 디바이스는 일체형으로 만들어지고 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어지며, 2 개의 블레이드들은 안전 간극에 의해 분리되고, 그 폭은 10 ㎛ 초과, 바람직하게는 15 ㎛ 초과이다.
본 발명은 또한 가요성 블레이드들을 갖는 그러한 디바이스를 포함하는 시계 무브먼트에 관한 것이다.
다른 특정한 특징들 및 이점들이 다음의 설명에서 명확하게 관측될 것이며, 이 설명은 첨부 도면들을 참조하여 대략적인 가이드로서 제공되고 결코 제한된 가이드로서 제공되지 않는다.
도 1 은 본 발명에 따른 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 부감도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 사시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 교차형 블레이드들을 갖는 일체형 가요성 규소 피봇을 제조하기 위한 방법의 여러 단계들을 도시하는 블록도이다.
도 5 는 피봇을 제조하는데 사용될 수 있는 웨이퍼의 단면도를 도시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 방법의 제 1 단계 이후에 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
도 7 은 본 발명에 따른 방법의 제 2 단계 이후에 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
도 8 은 본 발명에 따른 방법의 제 3 단계 이후에 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
도 9 는 본 발명에 따른 방법의 제 4 단계 이후에 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
도 10 은 본 발명에 따른 방법의 제 5 단계 이후에 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
도 11 은 본 발명에 따른 방법의 제 6 단계 이후에 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
도 2 는 본 발명에 따른 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 사시도이다.
도 3 은 본 발명에 따른 방법에 의해 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
도 4 는 본 발명에 따른 교차형 블레이드들을 갖는 일체형 가요성 규소 피봇을 제조하기 위한 방법의 여러 단계들을 도시하는 블록도이다.
도 5 는 피봇을 제조하는데 사용될 수 있는 웨이퍼의 단면도를 도시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 방법의 제 1 단계 이후에 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
도 7 은 본 발명에 따른 방법의 제 2 단계 이후에 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
도 8 은 본 발명에 따른 방법의 제 3 단계 이후에 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
도 9 는 본 발명에 따른 방법의 제 4 단계 이후에 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
도 10 은 본 발명에 따른 방법의 제 5 단계 이후에 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
도 11 은 본 발명에 따른 방법의 제 6 단계 이후에 얻어지는 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 측면도이다.
본 발명은, 특히 타임피스들용, 가요성 블레이드들을 가진 일체형 규소 디바이스, 특히 도 1 내지 도 3 에 도시된 바와 같이 교차형 블레이드들을 갖춘 피봇 (1) 에 관한 것이고, 그리고 사용 중에 블레이드들이 서로 부딪히지 않도록 충분히 넓은 블레이드들 사이의 간극을 가진 일체형 피봇을 얻을 수 있도록 하는 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
이러한 피봇 (1) 은 제 1 요소 (5) 및 제 2 요소 (6) 뿐만 아니라 2 개의 교차형 블레이드들 (2, 3) 을 포함하고, 2 개의 교차형 블레이드들 (2, 3) 은 2 개의 요소들 (5, 6) 을 서로 연결한다. 2 개의 블레이드들 (2, 3) 은 각각의 요소 (5, 6) 에 연결되고, 피봇 (1) 은 일체형으로 제조된다. 제 1 요소 (5) 는, 예를 들어 피봇을 시계 무브먼트에 체결하기 위한 지지체이고, 제 2 요소 (6) 는 피봇되어야 하는 구성요소이다. 이러한 구성요소는, 예를 들어 이스케이프먼트 팔레트 레버, 밸런스 또는 시계 무브먼트의 밸런스 지지체이다. 2 개의 블레이드들 (2, 3) 은 교차 지점 (4) 에서 2 개의 요소들 (5, 6) 사이의 경로를 교차한다. 가요성 블레이드들 (2, 3) 덕분에, 제 2 요소 (6) 는 가상축을 중심으로 제 1 요소 (5) 에 대해 이동할 수 있다. 따라서, 제 1 요소 (5) 는 시계 무브먼트에 고정되어 있는 반면, 제 2 요소 (6) 는 주기적으로 전후로 움직임을 받는다. 블레이드들 (2, 3) 은 제 2 요소 (6) 가 일 방향으로 이동한 다음 다른 방향으로 이동할 수 있도록 옆으로 구부러진다.
블레이드들 (2, 3) 은, 특히 스퓨리어스 변형 (spurious deformation) 의 경우에, 가요성 피봇의 작동 중에 블레이드들 (2, 3) 이 서로 부딪히는 것을 방지하기 위해 최소 간극 (7) 에 의해 분리된 2 개의 평행한 평면에 배열된다.
피봇 (1) 을 제조하기 위한 재료, 예를 들어 규소계 재료의 사용은, 기존 에칭 방법을 사용하여 정밀하고 특히 자기장에 대한 민감도가 거의 또는 전혀 없는 우수한 기계적 및 화학적 특성을 가진 장점을 제공한다.
바람직하게는, 사용된 규소계 재료는, 이의 결정 배향에 관계없이 단결정 규소, 이의 결정 배향에 관계없이 도핑된 단결정 규소, 이의 결정 배향에 관계없이 비정질 규소, 다공성 규소, 다결정 규소, 질화규소, 탄화규소, 석영, 또는 산화규소일 수 있다.
따라서, 본 발명은 도 4 에 도시된 바와 같이, 특히 타임피스들용, 규소로 만들어진 가요성 교차형 블레이드들 (2, 3) 을 가진 피봇 (1) 을 제조하는 방법 (20) 에 관한 것이다.
방법 (20) 은 규소 피봇 블랭크를 제조하는 제 1 단계 (21) 를 포함한다. 이 단계 (21) 는, 도 5 에 도시된 바와 같이, SOI 웨이퍼들 (10) 을 조달하는 것으로 구성되고, 이 웨이퍼들은 제 1 산화규소 층 (13) 에 의해 함께 결합된 2 개의 규소 층들 (11 및 12) 로 구성된다. 규소 층들 (11, 12) 은 단결정 규소 플레이트로 형성된다 (이의 주 배향은 변할 수 있음). 각각의 규소 층 (11, 12) 은 교차형 블레이드들 (2, 3) 을 가진 피봇 (1) 의 상이한 블레이드가 제조되도록 할 것이다. 따라서, 블레이드들 (2, 3) 은 2 개의 상이한 레벨들에 배열된다. 제 1 산화층 (13) 은 2 개의 규소 층들 (11, 12) 을 밀착 결합하는데 사용된다. 더욱이, 후속 작업에서 장벽 층으로서도 사용될 것이다.
복수의 피봇 블랭크들이 동일한 웨이퍼에 형성될 수 있다.
이어서, 하나 이상의 웨이퍼들을 고온 산화 분위기에 노출시킴으로써 제 2 산화규소 층 (14) 이 규소 층들 (11, 12) 의 표면 상에서 성장된다. 산화규소 층 (14) 은 패턴화될 규소 층 (11, 12) 의 두께에 따라 변한다. 이는 통상적으로 1 내지 4 ㎛ 이다.
이어서, 마스크를 사용하여 규소 웨이퍼 (10) 에서 이후에 생성될 패턴들이 예를 들어 포지티브 포토레지스트에서 규정될 것이다. 패턴은 피봇의 적어도 하나의 블레이드를 포함한다. 동일한 피봇의 2 개의 블레이드들은 2 개의 개별 규소 층들 (11, 12) 중 하나에 각각 생성된다. 블레이드들은 차례로 생성된다.
이 단계 (21) 는 다음의 작업들을 포함한다:
- 예를 들어 스핀 코팅에 의해, 포토레지스트를 1 내지 2 ㎛ 의 두께를 갖는 매우 얇은 층으로 디포짓하는 작업,
- 일단 건조되면, 포토리소그래피 특성을 갖는 이러한 포토레지스트를 광원을 사용하여 포토리소그래피 마스크 (크롬 층으로 덮인 투명 플레이트, 그 자체가 원하는 패턴들을 나타냄) 를 통해 노출시키는 작업;
- 포지티브 포토레지스트의 특정 경우에, 용매를 사용하여 포토레지스트의 노출된 영역을 제거하여, 제 1 산화층 (13) 을 드러내는 작업. 이러한 경우에, 여전히 포토레지스트로 덮여 있는 영역들은 후속의 규소 딥 반응성 이온 에칭 프로세스 ("D.R.I.E." 라고도 함) 에서 에칭되지 않는 영역을 규정한다.
따라서, 노출되거나 반대로 포토레지스트로 덮인 영역들이 활용된다. 제 1 에칭 공정은 이전 단계에서 포토레지스트에 규정된 패턴들이 미리 성장된 산화규소 (14) 로 전달되도록 한다. 여전히 제조 공정의 반복성을 고려하여, 산화규소는 건식 플라즈마 에칭에 의해 패턴화되고, 이는 방향성이 있으며 그리고 이 작업을 위한 마스크로 사용되는 포토레지스트의 측벽들의 품질을 재현한다.
마스크는 또한 산화규소, 질화규소 또는 금속 마스크들과 같은 경질 마스크들이라고 하는 마스크들을 웨이퍼상에 직접 사용할 수도 있다. 이들 마스크들은 적절한 패턴으로 미리 패턴화되고, 이의 사용 중에 포토레지스트를 포함할 수 있거나 포함하지 않을 수 있다.
산화규소가 포토레지스트의 개방 영역에서 에칭되면, 제 1 상부층 (11) 의 규소 표면이 노출되고 DRIE 를 위해 준비된다. 포토레지스트는, DRIE 동안 마스크로서 이 포토레지스트가 사용될지 여부에 따라, 보존될 수 있거나 보존되지 않을 수 있다.
노출되고 산화규소에 의해 보호되지 않는 규소는 웨이퍼 표면에 수직인 방향으로 에칭된다 (Bosch® 이방성 DRIE). 먼저 포토레지스트에 형성된 다음 산화규소에 형성된 블레이드 패턴들은 층 (11) 의 두께로 "투사 (projected)" 된다.
에칭이 2 개의 규소 층들 (11, 12) 을 결합하는 제 1 산화물 층 (13) 으로 개방되면, 에칭이 중지된다. 보다 구체적으로, Bosch® 공정에서 마스크로서 작용하고 에칭 공정 자체에 내성이 있는 산화규소의 예에 따라서, 동일한 성질의 매립 산화물 층 (13) 도 이에 내성이 있다.
따라서, 제 1 규소 층 (11) 은 제조될 피봇 블랭크의 적어도 제 1 블레이드를 나타내는 규정된 패턴들에 의해 두께 전체에 걸쳐 패턴화되며, 이제 DRIE 에 의해 드러난다. 화학적 에칭은 동일한 규소계 재료에도 사용될 수 있다.
블레이드들은 제 1 매립된 산화규소 층 (13) 에 의해 결합되는 제 2 규소 층 (12) 에 견고하게 연결되어 있다.
동일한 포토리소그래피 작업들이 제 2 규소 층 (12) 상에서 수행되어 교차형 블레이드들을 갖는 피봇의 다른 블레이드를 형성한다. 이를 위해, 웨이퍼 (10) 를 뒤집고, 포토레지스트를 그 위에 디포짓한 후, 마스크를 통해 노출시켜, 제 1 층 (11) 과 유사한 방식으로 제 2 규소 층 (12) 을 패턴화한다.
웨이퍼를 에칭하기 위한 다른 대안적인 실시형태들이 존재하며, 이는 물론 포토레지스트 마스크들 또는 소위 경질 마스크들에 의해 이 방법에 사용될 수 있다.
피봇 (1) 의 제 1 요소 및 제 2 요소 (5, 6) 는, 바람직하게는 또한 웨이퍼 (10) 의 각각의 규소 층 (11, 12) 상에 블레이드들 (2, 3) 의 제조 동안 형성된다.
이 지점에서, 2 개의 블레이드들 (2, 3) 은 결합부 (8) 를 형성하기 위해 블레이드들 (2, 3) 의 교차 지점 (4) 에서 함께 결합된다. 결합부 (8) 는 제 1 및 제 2 규소 층들 (11, 12) 을 연결하는 산화규소 층 (13) 으로부터 산화규소를 적어도 부분적으로 함유한다. 바람직하게는, 결합부 (8) 는 전체적으로 산화규소로 만들어진다. 피봇 (1) 의 블랭크는 도 6 에 도시된다. 블레이드들 (2, 3) 은 실질적으로 평행한 2 개의 상이한 평면들에 배열되며, 이 블레이드들 (2, 3) 은 결합부 (8) 에 의해 2 개의 평면들 사이에서 결합된다.
방법 (20) 의 제 2 단계 (22) 는, 블레이드들 (2, 3) 사이에 간극 (7) 을 생성하여 블레이드들을 분리하기 위해, 블레이드들 (2, 3) 의 결합부 (8) 에서 산화규소를 제거하는 것으로 구성된다. 따라서, 산화규소 층 (13) 은 증기상으로 불화 수소를 사용하여 에칭된다.
그 결과, 2 개의 블레이드들 (2, 3) 이 얻어지고, 간극 (7) 에 의해 분리되어, 블레이드들이 서로에 대해 이동할 수 있도록 한다. 얻어진 간극 (7) 은, 결합부의 산화물 층의 두께 및 이에 따라서 웨이퍼의 산화물 층의 두께에 상응하는 폭 (D) 을 가진다.
하지만, 이 두께는 피봇 (1) 의 작동 동안 블레이드들 (2, 3) 이 서로 부딪치는 위험을 방지할 만큼 충분히 크지 않다. 보다 구체적으로, 제 1 산화규소 층 (13) 은 블레이드들 (2, 3) 에 대해서 너무 얇아서 충분히 멀리 이격되지 않는다.
방법 (20) 은 충분한 폭 (D) 의 간극 (7) 과 적절한 블레이드 강성을 얻기 위해 필요한 치수에 도달할 때까지 블레이드들로부터 재료를 제거하도록 설계된 시퀀스로 계속된다. 이를 위해, 블레이드들 (2, 3) 의 두께는 이하의 단계들로 감소된다.
블레이드들 (2, 3) 사이의 간극 (7) 의 폭 (D) 을 증가시키기 위해, 제 3 단계 (23) 는 간극 (7) 에 접하는 블레이드들 (2, 3) 의 표면에 제 1 산화규소 층 (15) 을 성장시키는 것으로 구성된다. 제 1 산화규소 층 (15) 은 피봇 (1) 을 형성하는 규소의 하위층으로부터 부분적으로 형성된다. 보다 구체적으로, 산화규소가 규소상에서 성장할 때, 산화규소가 성장하고 있는 규소의 하위층 자체가 산화된다. 따라서, 산화규소는 그것이 성장하는 규소를 희생시키면서 성장한다. 다시 말하면, 산화규소는 규소상에서 성장할 뿐만 아니라 규소내에서도 성장한다.
이러한 상은, 예를 들어 열적 산화에 의해 얻을 수 있다. 이러한 열적 산화 공정은, 예를 들어 수증기 또는 이산소 가스를 사용하여 산화 분위기에서 800 ~ 1,200 ℃ 에서 수행되어, 블레이드들에 산화규소를 형성할 수 있다. 이러한 단계 (23) 에서, 산화규소가 균일한 방식으로 성장한다는 사실을 이용하고, 그 결과적인 산화의 두께 및 속도는 당업자에 의해 완벽하게 제어되어, 산화물 층의 균일성을 보장한다.
제 4 단계 (24) 에서, 제 1 산화규소 층 (15) 은 도 9 에 도시된 바와 같이 피봇 (1) 을 얻기 위해 각각의 블레이드 (2, 3) 로부터 제거된다. 규소의 하위층이 산화되었으므로, 또한 제거된다. 따라서, 2 개의 블레이드들 (2, 3) 사이의 간극 (7) 이 증가된다. 이러한 제거 공정은 화학적 에칭에 의해 달성된다. 이러한 화학적 에칭은, 예를 들어 증기상의 불화 수소산계 용액을 사용하여 수행될 수 있고, 이는 산화규소를 제거하도록 한다.
바람직하게는, 연속적인 산화규소 층 성장 단계 및 산화물 층 제거 단계의 쌍이 여러 번 반복된다. 따라서, 2 개의 블레이드들 (2, 3) 사이의 간극 (7) 의 폭 (D) 은 원하는 간극 폭에 도달하도록 증가될 수 있다.
예를 들어, 도 10 에 도시된 바와 같이, 제 5 단계 (25) 는 간극의 양측상의 블레이드들 (2, 3) 의 표면상에 제 2 산화규소 층 (17) 을 성장시키는 것으로 구성되며, 제 2 산화규소 층 (17) 은 블레이드들 (2, 3) 의 규소의 제 2 하위층에 의해 부분적으로 형성된다. 그 후, 제 6 단계 (26) 에서, 제 2 산화규소 층 (17) 은 각각의 블레이드 (2, 3) 로부터 제거되어, 2 개의 블레이드들 (2, 3) 사이의 간극 (7) 을 추가로 증가시킨다.
산화규소 층의 각각의 성장 및 제거는, 예를 들어 적어도 0.10 ㎛ 두께, 바람직하게는 0.40 ㎛ 초과의 두께인 규소의 하위층을 각각의 블레이드 (2, 3) 로부터 제거할 수 있게 한다. 방법의 단계들 이후에 블레이드들 (2, 3) 사이의 간극 (7) 의 원하는 최소 폭 (D) 은, 예를 들어 10 ㎛ 초과, 바람직하게는 15 ㎛ 초과이다. 그럼에도 불구하고, 폭은 2 개의 규소 층을 결합하는 초기 산화물 층의 두께에 해당하는 값과 15 ㎛ 를 초과할 수 있는 높은 값 사이에서 자유롭게 조정될 수 있고, 더 높은 값은 수행할 작업들의 수에 의해 제한된다.
시작시 웨이퍼 (10) 의 산화규소 층 (13) 은, 예를 들어 2 ㎛ 두께이며, 이는 결합부 (8) 를 제거한 후 웨이퍼들 (2, 3) 사이의 초기 간극을 규정한다. 따라서, 적어도 10 ㎛ 의 간극을 얻기 위해, 복수 쌍의 산화규소 성장 단계 및 제거 단계가 일렬로 수행된다. 작업들의 수를 줄이기 위해, 블레이드들의 산화 시간을 늘려 규소의 더 두꺼운 하위층을 제거할 수 있다. 바람직하게는, 더 짧은 성장 단계가 시작시 수행되고 그 후 점점 더 길어진다.
본 방법은, 특히 치수를 수정하고 원하는 특정 물리적 특성을 얻을 수 있도록, 가요성 블레이드들의 초기 강성을 결정하도록 설계된 추가 단계 (27) 를 더 포함할 수 있다.
마지막으로, 피봇 (1) 이 정확한 치수가 되면, 다른 선택적인 추가 단계 (28) 는 피봇 (1) 을 다시 산화시켜 이산화규소 층으로 코팅하여 열 보상된 피봇 (1) 을 형성하고 그리고/또는 피봇을 강화시킬 수 있다. 발진기의 경우에, 이 최종 산화는 향후 피봇 (1) 의 기계적 성능 (강성) 및 열적 성능 (온도 보상) 을 모두 조정할 수 있도록 한다.
도면들에 도시되지 않은, 다른 선택적인 추가 단계에서, 정전기 전하의 축적 또는 수분 흡수와 관련된 문제를 방지하기 위해 피봇상에 도전성 층이 디포짓된다. 이를 위해, 먼저 피봇 (1) 상에 산화층을 디포짓한 후, 도전성 층이 PVD 유형의 공정에 의해 디포짓된다. 도전성 층은, 예를 들어 크롬, 니켈, 구리, 티타늄, 지르코늄, 니켈-인 또는 티타늄-텅스텐을 포함한다.
본 발명이 기재된 예로 제한되지 않으며 당업자에게 자명할 수도 있는 다양한 대안 및 수정이 이루어질 수 있음은 말할 필요도 없다. 따라서 가요성 블레이드들을 가진 다른 유형의 일체형 규소 디바이스들가 생성될 수 있으며, 이 디바이스들는 예를 들어 비교차형 블레이드들 및/또는 회전 운동 대신 병진 운동용으로 의도되는 블레이드들을 가진다.
Claims (15)
- 교차형 블레이드들 (2, 3) 을 가진 일체형 규소 피봇 (1) 을 제조하는 제조 방법 (20) 으로서,
- SOI 유형의 웨이퍼로부터 일체형 규소 피봇 (1) 블랭크를 형성하는 단계 (21) 로서, 상기 피봇 (1) 은 상기 SOI 유형의 웨이퍼의 다른 층에 각각 형성된 2 개의 교차형 블레이드들 (2, 3) 을 포함하고, 상기 블레이드들 (2, 3) 은 2 개의 상이한 평행한 평면들에 배열되며, 상기 블레이드들 (2, 3) 은 간극 (7) 에 의해 분리되는, 상기 일체형 규소 피봇 (1) 블랭크를 형성하는 단계 (21),
- 상기 간극 (7) 에 접하는 상기 블레이드들 (2, 3) 중 적어도 하나의 블레이드의 표면상에 제 1 산화규소 층 (15) 을 성장시키는 단계 (23) 로서, 상기 제 1 산화규소 층 (15) 은 하나 이상의 상기 블레이드들 (2, 3) 의 규소의 제 1 하위층으로부터 형성되는, 상기 제 1 산화규소 층 (15) 을 성장시키는 단계 (23),
- 2 개의 상기 블레이드들 (2, 3) 사이의 상기 간극 (7) 을 증가시키기 위해 상기 제 1 산화규소 층 (15) 을 제거하는 단계 (24) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제조 방법은,
- 상기 간극 (7) 에 접하는 상기 블레이드들 (2, 3) 중 적어도 하나의 블레이드의 표면상에 제 2 산화규소 층 (17) 을 성장시키는 단계 (25) 로서, 상기 제 2 산화규소 층 (17) 은 하나 이상의 상기 블레이드들 (2, 3) 의 규소의 제 2 하위층으로부터 형성되는, 상기 제 2 산화규소 층 (17) 을 성장시키는 단계 (25),
- 2 개의 상기 블레이드들 (2, 3) 사이의 상기 간극을 추가로 증가시키기 위해 상기 제 2 산화규소 층 (17) 을 제거하는 단계 (26) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
원하는 폭 (D) 에 도달하기 위해 2 개의 상기 블레이드들 (2, 3) 사이의 간극 (7) 을 증가시키도록, 산화규소 층들 (15, 17) 을 성장시키는 단계들 (23, 25) 및 상기 층 (15, 17) 을 제거하는 단계들 (24, 26) 이라는 연속적인 단계들이 여러 번 반복되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 피봇 (1) 블랭크는 결합부 (8) 에 의해 교차 지점 (4) 에서 결합된 교차형 블레이드들 (2, 3) 을 포함하고, 상기 결합부 (8) 는 산화규소로 적어도 부분적으로 만들어지며, 상기 제조 방법은, 상기 블레이드들 (2, 3) 사이에 상기 간극 (7) 을 형성함으로써 상기 블레이드들을 분리시키도록 상기 블레이드들 (2, 3) 사이의 상기 결합부 (8) 로부터 상기 산화규소를 제거하는 단계 (22) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
각각의 산화규소 층 (15, 17) 은 증기상의 불화 수소를 사용하여 에칭함으로써 제거되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
상기 산화규소는 규소의 습식 또는 건식 열적 산화에 의해 성장 (23, 25) 되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 피봇 (1) 블랭크는 딥 반응성 이온 에칭 (DRIE) 에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제 2 항에 있어서,
산화규소 층 (15, 17) 의 각각의 성장 (23, 25) 및 제거 (24, 26) 는 적어도 0.10 ㎛ 두께, 또는 적어도 0.40 ㎛ 두께인 규소의 하위층이 블레이드 (2, 3) 로부터 제거될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
온도의 함수로서 상기 피봇의 강성을 열적으로 조정 및 상기 피봇을 강화 중 하나 이상을 하기 위해, 상기 피봇 (1) 상에 추가 산화물 층을 성장시키는 추가 단계 (27) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 피봇의 초기 강성을 결정하고 그 치수를 계산하여 원하는 최종 강성의 피봇 (1) 을 얻는 단계 (28) 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
도전성 층을 디포짓하는 추가 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 피봇 (1) 블랭크를 형성하는 단계 (21) 는, 이하의 하위단계들,
- 제 1 규소 층 (11), 산화규소 결합층 (13) 및 제 2 규소 층 (12) 을 연속적으로 포함하는 SOI 웨이퍼 (10) 를 조달하는 하위단계,
- 상기 웨이퍼 (10) 의 표면상에 산화규소 층 (14) 을 성장시키는 하위단계,
- 마스크를 통해 상기 웨이퍼 (10) 의 제 1 측면상의 상기 산화규소 층 (14) 을 에칭하는 하위단계,
- 교차형 블레이드들을 가진 일체형 규소 피봇 (1) 의 적어도 제 1 블레이드 (2) 를 형성하기 위해 딥 반응성 이온 에칭 공정을 수행하는 하위단계,
- 상기 웨이퍼의 상기 제 1 측면에 형성된 패턴들과 정렬된, 미리 형성된 제 2 마스크를 통해 상기 웨이퍼 (10) 의 제 2 측면상의 상기 산화규소 층 (14) 을 에칭하는 하위단계,
- 교차형 블레이드들을 가진 상기 일체형 규소 피봇 (1) 의 적어도 제 2 블레이드 (3) 를 형성하기 위해 딥 반응성 이온 에칭 공정을 수행하는 하위단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 제조 방법의 단계들 후에 상기 블레이드들 (2, 3) 사이에서 얻어지는 최소 간극 (7) 의 폭 (D) 은 10 ㎛ 초과, 또는 15 ㎛ 초과인 것을 특징으로 하는, 제조 방법. - 삭제
- 삭제
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