KR20020080411A - 파괴강도가 향상된 압전 기판 재료 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 부품이 구성되는 압전 기판에 있어서 파괴 강도를 향상시키고, 광 반사가 방지되도록 하는데 있다. 상기 목적을 위해서, 높은 광 흡수성을 가지며, 입자를 결속시키고 균열을 밀봉하는 흡수 층(2)이 상기 기판(1)의 후면에 제공된다. 바람직하게는 또한, 파이로전기 전하를 전환시키기 위하여 상기 흡수 층(2)은 전기 전도성이다.

Description

파괴강도가 향상된 압전 기판 재료 및 그 제조 방법{PIEZOELECTRIC SUBSTRATE MATERIAL WITH AN INCREASED RESISTANCE TO BREAKING AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

몇몇의 압전 재료들은 파이로전기적이기도 하며, 파이로전기 효과를 나타낸다. 이 경우에 상기 재료들은 전압의 구성과 함께 온도 변화에 반응한다. 이것은 특히, 파이로전기적인 기판 상에 직접 입혀지는 부품 패턴(Bauelementstruktur), 예컨대 표면 파동 부품들(Oberflaechenwellen-Bauelemente)에서는 단점이 된다. 상기 부품들의 다소 정교한 전도성 패턴들간에는 이 경우에 높은 전압 또는 전계 강도가 형성되므로, 정교한 금속 패턴들간에 전기적인 플래시 오버가 발생하게 된다. 적절한 보호조치가 취해지지 않는다면, 이 경우에 상기 금속 패턴 및 이로 인하여 부품 자체가 손상되거나 파괴될 수 있다.

그 외에도 발생되는 높은 전계 강도 때문에 압전 기판 재료 또는 파이로전기적 기판 재료의 특성 및 이로 인하여 부품의 특성이 비가역적으로 변형되므로써, 부품이 사용 불가능하게 되기까지 한다. 부품이 구동되는 동안에 파이로 전압이 발생되면, 전도성 패턴들간에 전기장 또는 플래시 오버가 임펄스를 릴리스하는데, 상기 임펄스는 주위에 있는 전기 회로 내에서 잘못된 신호처리를 유발한다.

강한 온도 변화에 기인하는 예기치않은 파이로 전압은 부품을 압전 기판 상에서 제조할 때 또는 가공시에 특히 발생한다. 파이로전기적인 충전에 의한 손상을 방지하기 위한 가능성으로서, 그 제조 동안에 이온화 장치를 제공하는 것이 공지되어 있다. 이동가능한 전하 운반체에 알맞는 용량 및 극성을 파이로전기적 기판의 주변 대기에 제공함으로써, 일반적으로 기판 상에 위치고정되어 있는 전하가 전반적으로 보상될 수 있다. 그러나 이것은 기술적으로 과도한 방법이며, 게다가 모든 제작 공정에 다 적합하지도 않다. 또한 절연 층 또는 전기적 부동 층으로 뒤덮인 파이로전기 표면은 이온화된 전극으로 인하여 더 이상은 충분하게 방전되지 않을 수도 있다. 이외에도 상기 이온화된 전극은 다양한 박막 공정에 대해서는 민감하여 영향받기 쉽고, 예컨대 오븐처리시 발생하는 유기 가스에 의해 손상되기도 한다.

EP-A-0 785 620호에는 압전 기판 또는 파이로전기적 기판 상에 있는 부품을 부품 패턴 위 또는 아래로 완전 평면으로 기판 상에 코팅되는 전도성 층에 의하여 파이로 방전으로 인한 손상을 방지하는 것이 공지되어 있다. 이 경우에 단점은, 상기 추가의 재료 층이 부품 특성을 사용불가능하게 변형시킬 수 있다는 점이며, 예컨대 전기음향학적 연결 또는 표면 파동의 전달 속도가 변경되고, 또는 이것의 감쇠가 발생된다.

그 밖에도, 예컨대, 고 임피던스 연결의 형성용으로, 예컨대 꼬불꼬불한 배치로, 형성되는 가늘고 긴 금속 스트립으로 상기 금속성의 전기 전도적인 부품 패턴들을 전도적으로 서로 결합시키는 것이 가능하다. 그러나 상기 연결은 증가하는 부품의 소형화에 대치되는 현저하게 넓은 기판 표면을 필요로 한다. 또한 상기 연결은 그 설계상 제조 공정 동안에 절연되는 것에 영향받기 쉽다. 특히, 칩 상에 다수의 컨버어터 패턴들이 복잡하게 배치되고, 과도하게 배선되어 있는 표면 파동 부품에서는, 보호되어야할 패턴들을 위한 공간이 충분하지 않거나 사용된 기술로는 인쇄 회로 기판의 교차가 불가능한 경우에는, 때때로 모든 컨버어터들을 이러한 방식으로 보호하는 것이 불가능할 수 있다. 또한 고비용을 유발하기까지하는 상이한 전도성 패턴들을 고 임피던스 연결시키기 위하여 추가로 결합된 도선 접촉에 의해서도 상기 문제가 항상 해소되는 것은 아니다.

압전 웨이퍼의 표면 상에 있는 부품 패턴을 포토공정(photolithograpisch)으로 패턴화(Strukturierung)할 경우에는 또 하나의 문제가 발생한다. 상기 웨이퍼 재료는 노출되도록 정해진 파장을 위하여 투명하기 때문에, 맞은 편에 있는 웨이퍼 표면의 광 반사가 상기 패턴화를 방해할 수 있으며, 예컨대 최대로 도달가능한 패턴 해상도가 악화될 수 있다.

표면 파동 부품들의 경우에 음향 파동은 그 후면으로부터 반사되고, 부품의 신호 처리가 방해될 수 있다. 이것을 방지하기 위하여, 상기 후면을 기계적으로 거칠게 만드는 것이 공지되어 있다. 이것은, 웨이퍼 표면 상에 있는 입자가 오염되어 또 다른 문제들을 야기하는데, 마찬가지로 상기 문제들은 패턴화를 약화시킬 수 있으며, 부품 패턴까지 손상시킬 수 있다. 또한 웨이퍼의 표면을 거칠게 할 경우에는 웨이퍼의 파열 위험성이 높아지고, 웨이퍼의 제조시에 불량품을 증가시킬 수 있다.

그러므로 본 발명의 목적은, 그 가공 동안에 파열 위험성을 감소시키며, 포토기술(Phototechnik)에 의해 보다 우수하게 패턴화될 수 있는, 압전 부품용 기판을 제공하는데 있다. 압전 부품 및 파이로전기적 부품에 대한 하위 과제는, 기판 내에서 파이로 전압을 간단하고 손상없이 전환시키는데 있다.

상기 목적은 본 발명에 따라서 청구범위 제 1 항에 따른 부품에 의해서 달성된다. 상기 부품에 대한 제조 방법 및 본 발명에 대한 바람직한 실시예는 종속항에서 알 수 있다.

본 발명에 따라서, 압전 부품 기판의 후면 상에는 적어도 2개의 특성을 갖는 층이 코팅된다:

a) 균열의 밀봉 및 이에 따른 기판의 파열 위험성 감소 및

b) 흡수 층으로서 광 흡수 재료를 사용함으로써 웨이퍼 후면에서의 광 반사를 방지.

특별히 압전 재료를 위하여 상기 층은 또 하나의 특성을 나타낸다:

c) 파이로전기 전하를 전환시키는데 충분한 전기적 전도율의 달성.

상기 흡수 층이 고 임피던스이고, 평방당 10²내지 10¹⁰오옴(Ohm)의 표면 전도율을 갖게되면, 파이로 전기 전하는 확실하고 손상없이 부품 패턴으로부터 전환된다.

상기 흡수 층의 광 흡수가, 웨이퍼 정면으로부터의 노출시에 입사 광의 최대 5 %의 반사가 발생하거나 유지될 수 있을 정도로 충분하다면, 가공되지 않은 웨이퍼에 대한 패턴화 공정이 개선될 수 있다. 본 발명에 의해, 일반적으로 사용되는파장이 320 내지 450 ㎚인 광에 있어서 최대 1 내지 2 %의 잔여 반사를 나타내는 반사값 또한 달성될 수 있다. 이로써, 본 발명에 따른 기판에 의해 광학적인 패턴화 방법이 현저하게 개선될 수 있다.

또 하나의 장점으로서 상기와 같은 흡수 층에 의해, 특히 음향학적인 이유로하여 거칠어진 후면에 있어서 입자 오염이 감소되는데, 그 이유는 상기 밀봉하는 흡수 층이 또한 입자를 결속시키기 때문이다. 기계적인 거칠기로 인하여 느슨해진 입자들이 상기 층에 의해 응결됨으로써, 부품 패턴이 손상될 수도 있는 곳인 웨이퍼 정면의 오염이 방지된다.

상기 흡수 층에 의해 후면 코팅 층이 없는 웨이퍼에 비해서 웨이퍼의 파괴 강도가 50 %까지 향상된다는 점은 본 발명에 따른 기판의 또 다른 장점적인 효과로서 간주된다. 이것은 미세한 균열들의 밀봉에 따른 결과이다.

경우에 따라서 고 임피던스인 흡수 층이 폴리머 층 또는 래커(Lack) 층의 형태로 코팅될 수 있다. 고 임피던스 층에는, 예컨대 고유의 전기 전도성을 가진 폴리머, 예컨대 폴리아닐린, 다중방향족(Polyaromaten), 이종방향족(Heteroaromaten) 또는 그 밖의 고도 불포화 화합물을 가진 폴리머가 특히 적합하다.

그럼에도 불구하고, 고 임피던스 흡수 층을 위하여 전기 절연 폴리머 또는 절연 래커를 사용하며, 층 내에 깔려 있는 전기 전도적인 입자에 의하여 의도하는 또는 요구되는 전기 전도성을 만들어내는 것 또한 가능하다. 전도성 입자로서는 특히 그래파이트 및 카본 블랙이 적합하며, 이외에도 또 다른 전도성 재료 또한 가능하다. 상기 재료들은 동시에 높은 광 흡수성을 가진다는 점이 장점이다.

그 밖의 흡수 층 및/또는 고 임피던스 층으로서 무기성의 층 또는 유기성 망조직 및 무기성 망조직을 화합시키는 혼성 재료들이 적합할 수 있다. 상기와 같은 층은 특히 졸-겔-방법 (Sol-Gel-Verfahren)으로 제조될 수 있다. 유기성 층은 압착되고, 쓸리거나 스핀 코팅될 수 있다. 혼성 재료들은 특히 간단하게 코팅될 수 있으며, 높은 경도를 나타낸다.

광 흡수적인 및/또는 전기 전도적인 입자의 해당 비율을 포함하고 있는 전기 절연적인 재료들이 특히 적합하다. 전도성 입자의 재료, 크기 및 비율에 의해 간단한 방식으로 전기 전도율 및 층의 기계적, 광학적 및 전기적인 특성이 설정될 수 있다. 그 밖에도 흡수 층으로서, 예컨대 규산염, 순수하게 무기성인 층 또한 사용가능하다. 또한 이 경우에도 저장된 전도성 입자에 의하여 전기적 전도성이 갖추어질 수 있다.

바람직하게 본 발명에 따른 후면 코팅 층은 웨이퍼로서 기판의 초기 가공 단계에서 코팅되어지며, 특히 바람직하게는 이미 웨이퍼 제조 이후 즉각적으로 코팅된다. 이러한 방식에 의해서 본 발명에 따른 후면 코팅 층의 장점들이 가공 단계에 있어서 최대 수량적으로 충분히 이용될 수 있으며, 대개의 오류 또는 손상이 방지될 수 있다.

동일한 이유로 하여 본 발명에 따른 후면 코팅 층은 후기 가공 단계에서야 다시 제거되거나 또는 웨이퍼 후면 상에 내지는 그 후에 제조된 부품의 후면 상에 머물러 있을 수 있다. 이 경우에, 높은 광 흡수성을 가진, 경우에 따라서 고 임피던스인 흡수 층의 특성에 대한 그 밖의 요구들이 생겨날 수 있다. 특히, 예컨대350℃까지, 전기 전도적인 부품 패턴을 제조하는데 있어서 알루미늄의 증착시에 발생할 수 있는 온도 안정성이 요구될 수 있다. 바람직하게 상기 층은, 상기 높은 온도시에 진공 내에서도 상기 진공을 방해하거나 가공 공정을 침해할 수 있는 가스방출이 발생하지 않도록, 조성된다. 바람직하게 상기 층은 또한, 예컨대 포토용 래커 또는 리프트-오프-방법(lift-off-Verfahren)용 용제에 대해서도 저항력을 갖는다. 특정 부품에 있어서는, 예컨대 부식에 의한 알루미늄의 패턴화시에, 부식성의 습식 매개물에 대한 저항성 또한 요구될 수 있다.

하기와 같이 본 발명은 실시예 및 상기 실시예에 속한 7개의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.

도 1은 후면 코팅 층을 가진 본 발명에 따른 기판이 도시되며,

도 2는 전기 전도성 및/또는 광 흡수성 충진재를 가진 층에 대한 개략적인 횡단면도이며,

도 3 내지 도 6은 개략적인 횡단면도로서, 본 발명에 따른 웨이퍼에 대한 계속적인 가공시에 다양한 공정 단계가 도시되며,

도 7은 반사 실험의 측정 결과이다.

도 1: 예컨대 석영, 리튬 니오베이트 또는 리튬 탄탈레이트인 압전 재료로 된 웨이퍼(1)에 본 발명에 따라서 높은 광 흡수성을 가진 흡수 층, 경우에 따라서 고 임피던스인 흡수 층(2)이 제공된다. 쉽게 가변될 수 있는 층두께 및 우수하게 선택될 수 있는 전기 전도성으로 인하여 폴리머 필름이 선호되는데, 예컨대 충분히 작은 입자 형태로, 전도성 및/또는 광 흡수성 충진재가 분포되어 있는 폴리머 필름이 특히 선호된다. 경우에 따라서 고 임피던스인 층으로서는 고온에 안정적인 폴리머, 예컨대 전도적인 그래파이트 입자 또는 카본 블랙 입자들로 채워진 폴리이미드 또는 폴리벤조옥사졸로 이루어진 매트릭스(3)가 특히 선호된다. 상기 층에 있어서 약 10 내지 50 ㎛의 층두께 및 평방당 10²내지 10¹⁰오옴 사이의 전도율이 설정된다. 사용된 충진재인 그래파이트 및 카본 블랙은, 전기 전도성을 유발하며, 층에 있어서 높은 광 흡수성이 보장된다는 점에서 장점을 갖는다.

도 2에서는 상기와 같이, 전기 전도적인 입자에 의하여 전도적이며, 광 흡수적으로 만들어진 층이 절단되어 개략적으로 도시된다. 상기 층은 매트릭스(3) 및 그 안에 함유된 전도성 입자(4)를 포함한다. 입자의 수량은, 상기 입자들 상호간에 밀접한 인접성(Kontakt)이 보장되고, 이로 인하여 충분히 높은 전도율이 보장될 수 있을 정도로, 선택된다.

코팅된 후면 코팅 층(2)을 가진 본 발명에 따른 웨이퍼(1)는 이제 압전 기판 부품의 제조를 위한 공정 단계에 이용될 수 있으며, 이 경우에 압전 전하에 의한 손상 또는 후면에서의 광 반사에 의한 손상에 따른 위험성이 생겨나지 않게되거나 파열 위험성이 증가하지 않게 된다.

웨이퍼의 정면 상에 금속 부품 패턴을 제조하는 일반적인 방법은 리프트-오프-방법이다. 이를 위하여 웨이퍼(1)의 정면 상에 리프트-오프-층(5)이 완전 평면으로 코팅된다. 이어서 상기 리프트-오프-층은, 예컨대 마스크 노광(eine maskierte Belichtung)에 의해 수행될 수 있는 포토공정(Photostrukturierung)에의해, 패턴화된다. 도 3에서는 개략적인 방식으로 화살표(7)에 의해 이러한 노광 또는 패턴화가 도시된다. 상기 노출은 일반적으로 가시 영역 내에서 또는 상기 압전 웨이퍼가 전반적으로 투과될 수 있는 인접한 자외선 영역 내에서 이루어진다. 본 발명에 따른 후면 코팅 층(2)에 의해 빛의 흡수에 의한 웨이퍼(1) 후면에서의 반사 위험성이 전반적으로 배제된다.

도 4에서는 이미 패턴화된 리프트-오프-층을 가진 웨이퍼에 대한 개략적인 횡단면도가 도시된다. 상기 패턴화 이후에 본래 완전 평면인 층(5)의 잔여 패턴(6)은 나중에 의도되는 전기 전도적인 부품 패턴, 특히 금속 부품 패턴에 대해 네가티브(ein Negativ)이다. 이런 관계로 다음 단계에서는 완전 평면인 금속 층, 예컨대 알루미늄이 진공 증착된다. 본 발명에 따라서 사용된 후면 코팅 층은 이 경우에 약 400℃ 까지의 온도에 대해서 안정적이므로, 알루미늄 층(9)의 증착을 손상시키지 않는 가운데 극복해낸다. 이를 위해서 요구되는 진공은 또한 기판 후면 상에 있는 층(2)으로부터의 가스 누출을 야기하지 않는다.

다음 단계에서는 상기 리프트-오프-패턴(6)이 그 위에 놓여있는 금속 층(9) 영역과 함께 들어 올려지는데, 이 경우에, 예컨대 도 6에 도시된 것과 같이, 상기 금속 부품 패턴(8)은 웨이퍼의 표면 상에 남아 있게 된다.

전체 공정 단계 동안에 파이로전기적 기판 재료의 경우에도 파이로전기 전압이 발생될 수 있는데, 상기 파이로전기 전압은 본 발명에 따라서 고 임피던스로 설정된 후면 코팅 층(2)에 의해, 부품 패턴의 손상 없이 또는 공정 단계의 방해 없이, 안전하게 전환될 수 있다.

도 7에서는 측정 다이어그램을 참조하여, 일반적으로 패턴화에 사용되는, 웨이퍼 후면에서의 파장에 있어서 본 발명에 따른 후면 코팅 층(2)에 의해 감소된 반사율이 도시된다. 본 다이어그램에서는 파장에 대한 반사율이 그려져 있다. 곡선 A는 처리되지 않은 석영 웨이퍼의 후면으로 야기된 반사율을 도시한다. 상기 사용된 웨이퍼의 경우에 반사율 값이 10 과 7% 사이인 것을 본 도면을 통해 알 수 있다. 이에 반해서 측정 곡선 B는 고 임피던스 및 광 흡수적인 후면 코팅 층을 가진 본 발명에 따른 웨이퍼의 반사율을 나타낸다. 선택된 실시예의 경우에 1 %를 조금 넘은 최소 반사율 이외에도, 상기 미미한 반사율이 측정된 전체 파장 영역에 걸쳐서 낮게 유지된다는 점은 특히 장점이 된다. 이것은, 모든 광학 공정시에 본 발명에 따라 코팅된 압전 기판 또는 파이로 전기 기판의 부품 제조 동안에 실질적으로 광 반사에 의한 웨이퍼 후면의 손상을 염려할 필요가 없음을 보장한다. 이것은 방법의 안전도를 증가시키고, 광학적 방법의 패턴 해상도를 개선시키며, 불량품을 보다 감소시킴으로써, 압전 부품의 제조시에 비용 절감을 가져온다.

본 발명의 바람직한 또 다른 형성에서는 특히 채워진 고 임피던스 층 위로 또 하나의 채워지지 않은 층이 제공될 수 있는데, 상기 채워지지 않은 층은 특히 충진재 입자(4)가 경우에 따라서 고 임피던스인 층(2)으로부터 부서져 나오는 것을 방지하는 보호 층으로서 이용될 수 있다. 상기와 같은 보호 층으로는, 스핀 코팅에 의해 액체 상태에서 간단하게 가공될 수 있으며, 별도의 베이킹 단계(Haertungsschritt)에서 의도하는 강도를 얻을 수 있는, 예컨대 반응 수지가 적합하다.

Claims (17)

1. 압전 결정 재료로 된 웨이퍼(1)를 포함하는 부품용 압전 기판에 있어서,

   상기 웨이퍼의 후면 상에 높은 광 흡수성을 가진 흡수 층(2)이 코팅되는 압전 기판.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 웨이퍼(1)의 후면이 흡수 층 아래에서 기계적으로 거칠어져 있는 압전 기판.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 흡수 층(2)이 유기성 층, 무기성 층 또는 혼성의 유기성/무기성 망조직으로된 층에서 정선되는 압전 기판.
4. 제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 흡수 층이 고 임피던스 층(2)이며, 매트릭스로서 전기 절연의 래커(3)를 포함하며, 상기 매트릭스 내에 전기 전도성의 입자(4)가 깔려 있는 압전 기판.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 입자(4)가 카본 블랙 입자 또는 그래파이트 입자의 형태로 탄소를 포함하는 압전 기판.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 매트릭스(3)가 에폭시 수지, 노볼라, 폴리이미드 또는 폴리벤조옥사졸에서 정선되는 압전 기판.
7. 제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 고 임피던스 흡수 층(2)이 고유의 전도성인 유기성 층을 포함하는 압전 기판.
8. 제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 흡수 층(2)이 규산염 층을 포함하는 압전 기판.
9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 흡수 층(2)이 0.5 내지 50 ㎛의 두께를 갖는 압전 기판.
10. 제 1 항 내지 제 8 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 흡수 층(2)에 10²내지 10¹⁰Ω/?- 평방당 오옴 - 의 표면 전도율이 설정되는 압전 기판.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 흡수 층(2) 위로 기계적으로 안정적인 및/또는 화화적으로 안정적인 보호 층이 배치되는 압전 기판.
12. 압전 기판을 가진 부품의 제조 방법에 있어서,

    최초 가공 단계 이전에 상기 웨이퍼(1)의 후면 상에 높은 광 흡수성을 가진 흡수 층(2)이 완전 평면으로 코팅되며,

    그 이후에 적어도 하나의 금속 코팅을 포함하는 부품 패턴(8)이 상기 웨이퍼(1)의 정면 상에 만들어지며,

    상기 부품 패턴(8)을 제조하기 위하여 포토기술이 이용되는, 압전 기판을 가진 부품의 제조 방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 흡수 층(2)이 박막 공정으로 코팅되는, 압전 기판을 가진 부품의 제조 방법.
14. 제 12 항에 있어서,

    상기 흡수 층(2)이 래커로서 2 내지 10 ㎛의 층두께로 스핀 코팅되는, 압전기판을 가진 부품의 제조 방법.
15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

    고 임피던스 층이 흡수 층으로서 사용되는, 압전 기판을 가진 부품의 제조 방법.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 흡수 층에 의하여 기판의 후면에 고착되어 있는 입자가 영구적으로 고정되는, 압전 기판을 가진 부품의 제조 방법.
17. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    표면 파동 부품의 제조를 위한 기판의 용도.